Universié Joseph Fourier de Grenoble Mémoire présené e souenu publiquemen le 22 sepembre 2005 pour l obenion du Diplôme d Habiliaion à Diriger des Recherches Spécialié Phsique par Emmanuel SIMEU Tes e Surveillance Inégrés des Ssèmes Embarqués Jur d habiliaion : Présiden du jur Jean Michel DIO Direceur de Recherches CRS LAG Grenoble Rapporeurs Chrisian LADRAULT Direceur de Recherches CRS LIRMM Monpellier Marcel STAROSWIECKI Professeur des Universiés Universié de Lille Maeo SOZA REORDA Professeur des Universiés Poliecnico di Torino Examinaeurs Bernard COURTOIS Direceur de Recherches CRS TIMA Grenoble René DAVID Direceur de Recherches CRS LAG Grenoble Michael ICOLAIDIS Direceur de Recherches CRS TIMA Grenoble
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Remerciemens La rédacion de ce manuscri perme de mere en exergue des aspecs de ma percepion de la recherche scienifique qui paressen conradicoires au premier abord : L exigence d'une démarche personnelle curieuse ouvere mais aussi la nécessié d'un proje collecif cohéren e snergique. L'idée es de garanir l adéquaion nécessaire enre une vision personnelle e une avenure collecive. Ce mémoire sui une ligne direcrice qui moive la presque oalié de mon ravail sur le es e la surveillance des ssèmes inégrés. Les soluions analiques élaborées son soumises à la concepion de champs d'expériences qui donnen aux echniques échafaudées un fondemen scienifique aussi bien qu une adéquaion praique. Ce goû prononcé pour les soluions appliquées reposan sur des fondemens scienifiques rigoureux es peu-êre le frui d'une renconre enre un cursus d'ingénieur e un obje de recherches oriené vers des applicaions concrèes mais plus sûremen celui de renconres avec des chercheurs ou plus simplemen des hommes ou des femmes que je veux remercier ici : Bernard COURTOIS pour ou ce qu il fai pour développemen du laboraoire TIMA la concréisaion de sa réussie e l épanouissemen de ses chercheurs René DAVID don le souien ne m a jamais manqué pour m'avoir convaincu de rejoindre simulanémen l équipe SYLODI du LAG e l équipe Tes Inégré du CET e pour la qualié de son encadremen Gu BORARD qui m'a fai comprendre le sens e l imporance d'une démarche scienifique rigoureuse pour son audace scienifique Michael ICOLAIDIS sincère généreux e brillan e qui sai faire donner le meilleur d'eux-mêmes aux pires défaiises Salvador MIR pour son dévouemen la cohérence de son ravail e la consance de son souien logisique qui pousse des chercheurs moins ambiieux à se remere en quesion Libor RUFER pour la genillesse de sa collaboraion dévouée e ses compéences echniques Arno W. PETERS Ahmad ABDELHAY Mouhamad Aman AAL Ahcène BOUCEUR don les ravaux communs e les hèses jalonnen ce mémoire Isabelle AMIELH snhèse de générosié e de compéence qui a eu la paience de relire ce manuscri e de me suggérer de précieuses correcions François REZETTI ma collègue de bureau pour sa genille délicaesse e son aenion bienveillane J associe à mes remerciemens ous les amis de TIMA du groupe RMS ou non qui ramen chacun à leur rhme e à leur sle afin que l avenure coninue Qu il me soi permis de remercier les éudians e les collègues qui à ravers leurs quesions leurs criiques e les discussions que j ai eues avec eux on conribué à la mauraion du ravail que je présene dans ce mémoire. Je remercie pariculièremen Alex ORAILOGLU Abhiji CHATTERJEE Jacob ABRAHAM Chrisian LADRAULT Paric GIRARD e an d'aures chercheurs renconrés dans les congrès inernaionaux e dans les projes européens qui on posiivemen influencé mon ravail parfois par leur posiion anagonise sur des hèmes paragés e souven par les ouverures qu'ils m'on suggérées... Je profie de cee occasion pour remercier : Maurice TCHUETE pour son souien moral ses conseils précieux e aussi pour sa perspicacié scienifique e son engagemen audacieux. Yannic FREI pour son amiié sa bonne humeur ses encouragemens permanens e discres Alain FOKOUA Augusin MEUTCHEDJE Huber FOGA Yves LAGUE Denis WOUESSI DJEWE pour leur complicié e leur amiié fraernelle je sais pouvoir comper sur leur souien moral e maériel. Sans oublier Zineb Menes Cela e Djoser qui ne me quien jamais. Enfin je remercie les membres du jur pour l honneur qu ils me fon de pariciper à la présenaion de ce mémoire. J exprime ou pariculièremen ma graiude à Jean Michel DIO qui reize ans plus ô présidai déjà le jur de ma hèse de docora je lui sais gré d avoir bien voulu acceper la présidence le jur mon Habiliaion à Diriger des Recherches. -2-
Table des maières Avan-propos.... 5 1 Inroducion Générale.. 6 1.1 Ssèmes embarqués. 7 1.1.1 Caracérisiques spécifiques. 7 1.1.2 Complexié.. 8 1.1.3 Criicié fiabilié. 8 1.1.4 Problème de esabilié 9 1.2 Tes e surveillance inégrés. 9 1.2.1 Tes hors ligne inégré. 10 1.2.2 Tes en ligne inégré 12 1.3 Siuaion de nos ravaux.. 13 1.3.1 Conexe de nos ravaux.. 13 1.3.2 ore approche. 15 1.3.3 os axes de recherche. 15 2 Tes inégré de ssèmes analogiques e mixes. 17 2.1 Ouils de CAO pour le es analogique. 18 2.1.1 Ouils de simulaion de faues pour les circuis analogiques... 18 2.1.2 Généraeur programmable des signaux analogiques mulifréquences... 20 2.2 Tes analogique pseudo-aléaoire 23 2.2.1 Principe de la méhode 23 2.2.2 Applicaion au es à bas coû de MEMS. 25 2.3 Uilisaion des ressources digiales embarquées pour le diagnosic inégré 27 2.3.1 Inelligence embarquée... 27 2.3.2 Algorihmes récursifs d esimaion pour le es sur puce. 28 2.3.3 Cas difficile des ssèmes non linéaires... 29 2.3.4 Problème d exciaion persisane 34 2.4 Conclusion 35 3 Tes en ligne inégré. 37 3.1 Snhèse auomaique e conraines spécifiques de ssèmes complexes.. 37 3.1.1 Snhèse de hau niveau. 38 3.1.2 Snhèse de bas niveau 39 3.1.3 Siuaion de nos ravaux par rappor au processus de snhèse... 39 3.1.4 Les conraines spécifiques de ssèmes inégrés. 40-3-
3.2 Tes en ligne non-concurren... 41 3.2.1 Principe de la méhode.. 41 3.2.2 Evaluaion.... 43 3.2.3 Applicaion.. 44 3.3 Tes en ligne semi-concurren.. 44 3.3.1 Principe de la méhode 45 3.3.2 Parage de ressources... 47 3.3.3 Uilisaion d un DFG dual dans l archiecure de vérificaion 50 3.3.5 Mise en œuvre praique 53 3.4 Tes en ligne concurren 55 3.4.1 Archiecure du es en ligne concurren à base de redondances analiques. 56 3.4.2 Cadre linéaire classique. 57 3.4.3 Idenificaion paramérique 57 3.4.4 Observaeurs. 58 3.4.5 Espace de parié 58 3.5 Problèmes spécifiques au Tes en ligne des ssèmes analogiques. 61 3.6 Conclusion 64 4 Perspecives de recherche.. 65 4.1 Poursuie des ravaux engagés... 65 4.1.1 Tes à bas coû des ssèmes analogiques mixes.. 65 4.1.2 Tes en linge... 66 4.2 ouvelle pise de recherche... 68 4.2.1 Tes en ligne semi-concurren de modules analogiques linéaires e non linéaires 68 4.2.2 Localisaion e l idenificaion de défaus. 68 4.2.3 Tes Alernaif.. 69 Bibliographie générale. 71 Annexe : Dossier d habiliaion.. 78 A1 Curriculum Viae. 79 A2 Snhèse des aciviés pédagogiques. 80 A3 Snhèse des aciviés recherche.... 83-4-
Avan-propos Ce documen es rédigé en vue de l'obenion d'un diplôme d habiliaion à diriger des recherches de l Universié Joseph Fourier de Grenoble. Il présene une snhèse de nos ravaux de recherche concernan esseniellemen le es hors ligne e la surveillance en foncionnemen des ssèmes embarqués. Ces ravaux son conduis au sein du laboraoire TIMA 1 de Grenoble successivemen dans les équipes RIS 2 jusqu en 2002 e RMS 3 Reliable Mixed Signal Ssems de 2002 à ce jour. Ce mémoire es srucuré en quare chapires : Dans le chapire inroducif nous définissons les ssèmes embarqués e nous présenons les défis scienifiques e echniques qu induisen leur émergence e leur proliféraion rapides. Ensuie nous posons le problème du es hors ligne e de la surveillance en ligne de ces ssèmes. La fin du chapire siue nos aciviés dans la discipline du es des ssèmes inégrés e présene nos principaux axes de recherche. Dans le chapire 2 nous présenons nos ravaux concernan le es inégré de modules analogiques e mixes incorporés dans un environnemen numérique. La première parie du chapire es consacrée au développemen d ouils de concepion assisée par ordinaeur pour le es des ssèmes analogiques e mixes alors que la deuxième décri les echniques d inégraion de es à bas coû que nous avons développées pour les ssèmes analogiques e mixes. Le chapire 3 concerne les echniques de surveillance en ligne inégrée. Une descripion rapide du flo de snhèse auomaique de ssèmes inégrés nous perme de siuer nos ravaux par rappor aux processus modernes de concepion de circuis. Les méhodes de es en ligne non-concurren semi-concurren e concurren son ensuie exposées. ous expliquons les liens que paragen les echniques proposées avec d aures disciplines de recherche noammen les ravaux sur la déecion e l idenificaion de faues dans les ssèmes auomaisés. Le chapire 4 conclu le mémoire. ous indiquons aussi quelques perspecives possibles pour nos prochaines aciviés de recherche. Les pises qui se dégagen concernen aussi bien la poursuie des ravaux déjà engagés que des ravaux sur de nouvelles problémaiques. 1 Techniques Informaiques e Microélecroniques pour l Archiecure des Ordinaeurs 2 Reliable Inegraed Ssems 3 Reliable Mixed Signal Ssems -5-
Chapire 1 Inroducion générale Les méhodes de concepion des circuis inégrés on subi une évoluion verigineuse au cours des deux dernières décennies. Dans ce domaine l évoluion echnologique se radui d abord par une diminuion régulière de la aille des ransisors induisan une densié d inégraion oujours plus imporane e une augmenaion consane de la fréquence de foncionnemen mais aussi par un accroissemen régulier de la aille des puces. Le Tableau 1.1 en présene une illusraion dans laquelle les valeurs corresponden à des circuis de pe microprocesseur en foncion de l'année d'appariion des echnologies. Tableau 1.1 Evoluion de la densié d'inégraion e la surface des puces [86]. Année Technologie ombre de ransisors/cm² Surface de la puce 1995 035µm 2M 250mm² 1998 025µm 37M 300mm 1999 018µm 66M 340mm² 2002 013µm 18M 430mm² 2005 90 nano 44M 520mm² 2008 70 nano 109M 650mm² La echnologie acuelle des circuis inégrés ravaille sur une longueur de la grille de MOS de 0.09µm soi 90 nanomères longueur effecive du canal dans le ransisor. Les nouveaux circuis comporen plusieurs dizaines de millions de ransisors e leur fabricaion nécessie des ouils oujours plus sophisiqués apes à affroner les frons de complexié successifs imposés par l avènemen régulier de nouvelles généraions de echnologies silicium. Pour la prochaine décennie les prédicions sur les endances d évoluion echnologique des circuis inégrés indiquen une réducion de la géomérie des ransisors qui devrai aeindre le niveau de 007µm 70 nanomères e 7 niveaux de méallisaion pour l année 2010. Ce bouleversemen permera l inégraion de ssèmes complexes pouvan comprendre un milliard de ransisors sur le même suppor. D un poin de vue echnique nous pouvons encore abler sur le développemen du phénomène de miniaurisaion pour une peie dizaine d'années supplémenaires mais au-delà à la aille de gravure évaluée à 20 nanomères on se heurera à des impossibiliés phsiques sur la filière silicium. Des verrous echnologiques non encore levés à ce jour son idenifiés vers 2008 pour une aille de gravure esimée à 70 nanomères. Au-delà l évoluion vers une aille de gravure de 20 nanomères nécessiera d aures amélioraions echnologiques significaives. Par ailleurs afin de facilier la concepion des circuis e de réduire le emps requis pour cee phase ime o mare des ouils logiciels de concepion assisée par ordinaeur CAO on vu le jour e se son considérablemen développés. Ils visen la généraion auomaique de circuis à parir de leur descripion comporemenale. Les progrès des ouils CAO associés à la puissance des calculaeurs modernes e au besoin oujours croissan de ssèmes performans conduisen à la concepion de circuis de plus en plus complexes. Les dernières avancées des echnologies au niveau de la densié d inégraion les progrès de la CAO e les besoins du marché on liéralemen bouleversé la concepion des ssèmes élecroniques. Il es désormais couran d inégrer dans un composan unique des ssèmes don la complexié aurai requis il a seulemen quelques années une implémenaion sur une ou plusieurs cares imprimées. Ce bouleversemen a favorisé l émergence rapide e la proliféraion des ssèmes embarqués. La éléphonie -6-
mobile en es un exemple éloquen ; en effe un consruceur doi proposer une nouvelle généraion de erminaux ous les 6 mois en moenne. 1.1 Ssèmes embarqués Un ssème embarqué es un ssème complexe qui inègre du logiciel e du maériel conçus ensemble afin de fournir des foncionnaliés données. Il conien généralemen un ou plusieurs microprocesseurs desinés à exécuer un ensemble de programmes définis lors de la concepion e socés dans des mémoires. Le ssème maériel e l applicaion logiciel son inimemen liés e immergés dans le maériel e ne son pas aussi facilemen discernables comme dans un environnemen de ravail classique de pe ordinaeur de bureau PC 4. Un ssème embarqué es auonome e ne possède pas des enrées/sories sandards els qu un clavier ou un écran d'ordinaeur. Conrairemen à un PC l inerface IHM 5 d un ssème embarqué peu êre aussi simple qu une diode élecroluminescene LED 6 qui clignoe ou aussi complexe qu un ssème de vision de nui en emps réel ; les afficheurs à crisaux liquides LCD 7 de srucure généralemen simple son courammen uilisés. Afin d opimiser les performances e la fiabilié de ces ssèmes des circuis numériques programmables FPGA 8 des circuis dédiés à des applicaions spécifiques ASIC 9 ou des modules analogiques son en plus uilisés. Le logiciel a une foncionnalié fixe à exécuer qui es spécifique à une applicaion. L'uilisaeur n'a pas la possibilié de modifier les programmes. Bien souven il n'a pas conscience d'uiliser un ssème à base des microprocesseurs. Les ssèmes embarqués son désormais uilisés dans des applicaions diverses els que le ranspor avionique espace auomobile ferroviaire dans les appareils élecriques e élecroniques appareils phoo joues poses de élévision élecroménager ssèmes audio éléphones porables dans la disribuion d énergie dans l auomaisaion ec. L arai principal des ssèmes embarqués vien du fai qu ils permeen d implémener à faible coû des foncions complexes don la réalisaion éai inimaginable il a quelques années seulemen. Aujourd hui la endance générale es d uiliser les ssèmes embarqués pour incorporer des foncionnaliés complexes précédemmen considérées comme exoiques dans les produis de ous les jours. 1.1.1 Caracérisiques spécifiques Les ssème embarqués foncionnen généralemen en Temps Réel TR : les opéraions de calcul son alors faies en réponse à un événemen exérieur inerrupion maérielle. La validié e la perinence d un résula dépenden du momen où il es délivré. Une échéance manquée indui une erreur de foncionnemen qui peu enraîner soi une panne du ssème planage soi une dégradaion non dramaique de ses performances. Lorsque les ssèmes embarqués son uilisés dans les produis de grande consommaion ils son fabriqués en grande série. Les exigences de coû se raduisen alors en conraines drasiques sur les différenes composanes du ssème : uilisaion de faibles capaciés mémoires e de peis processeurs 4 bis ou 8 bis mais en grand nombre. Ainsi les ssèmes embarqués son pariculièremen sensibles au coû de producion. Il exise des applicaions dans lesquelles les conraines de coû de producion e de mainenance on une imporance de même niveau que les performances envisagées. Dans les ssèmes embarqués auonomes la consommaion d énergie es un poin criique pour le coû. En effe une consommaion excessive augmene le prix de revien du ssème embarqué car il fau alors des baeries de fore capacié. 4 Personal Compuer 5 Inerface Homme machine 6 Ligh Emier Diode 7 Liquid Crsal Displa 8 File Programmable Gae Arra 9 Applicaion Specific Inegraed Circuis -7-
1.1.2 Complexié Les ssème embarqués requièren souven un faible encombremen faible poids PDA 10 Inerne e éléphone mobiles. Leur echnologie fai alors appel à une élecronique e à des applicaions porables où l on doi minimiser aussi bien l encombremen que la consommaion élecrique. Par conséquen la réalisaion du pacaging afin de faire cohabier sur une faible surface de l élecronique analogique de l élecronique numérique des composanes RF 11 sans inerférences es une âche difficile. En effe les performances des ssèmes sur care deviennen obsolèes dans le conexe des besoins acuels. Dans les sraégies de concepion acuelles un ssème embarqué es généralemen inégré sur un suppor silicium unique consiuan ainsi un ssème comple inégré sur une puce SoC 12. Les ssèmes sur puce coniennen généralemen une grande variéé de disposiifs programmables els que des microconrôleurs des processeurs de raiemen de signaux DSP 13 e des ASIC qui son développés pour des applicaions complexes nécessian une producion en grande série. Les mémoires ROM e RAM son inégrés pour le socage des données e des programmes. Ces composans digiaux cohabien généralemen sur le même suppor de silicium avec des composans analogiques e mixes divers els que des composanes radiofréquence RF comme moen de communicaion des composanes opiques pour le ransfer de données à hau débi des MEMS 14 pour l inerfaçage avec le monde exerne des converisseurs analogiques/numérique e numérique/analogique requis pour le dialogue inerne. L objecif es d obenir une coopéraion harmonieuse enre composans embarqués afin de garanir des services globaux. Des conraines d implémenaion phsique son liées à la consommaion de ressources e au conexe de déploiemen els que le poids la aille phsique la résisance aux vibraions ou aux irradiaions ec. 1.1.3 Criicié fiabilié Du fai de leur porabilié e de la mobilié des produis dans lesquels ils son incorporés les ssèmes embarqués évoluen généralemen dans de condiions environnemenales non déerminises e souven non maîrisées. Ils son exposés à des variaions e aures conraines environnemenales suscepibles d induire des défaillances : vibraions chocs variaion de empéraure variaions d alimenaion inerférences RF corrosion humidié radiaions D où la nécessié de prendre en compe des évoluions des caracérisiques des composans en foncion des condiions environnemenales. En même emps que s accroî leur sophisicaion les ssèmes embarqués son uilisés dans des applicaions de plus en plus criiques dans lesquels leur dsfoncionnemen peu générer des nuisances des peres économiques ou des conséquences inaccepables pouvan aller jusqu à la pere de vies humaines. C'es le cas par exemple des applicaions médicales ou celles de ranspors pour lesquelles une défaillance peu avoir un impac direc sur la vie d'êres humains. C es aussi le cas des applicaions spaiales souerraines ou sous-marines où la défaillance peu enraîner des conséquences redouables aussi bien en erme de sécurié qu au niveau économique. Ce pe de ssèmes doi garanir une rès haue fiabilié e doi pouvoir réagir en cas de panne de l'un de ses composans. D une manière générale l espérance de fiabilié e de robusesse que les uilisaeurs placen dans les ssèmes embarqués s accroî rapidemen. La plupar des uilisaeurs se résignen à acceper un emps de panne relaivemen significaif de l ordre de quelques heures d indisponibilié par mois pour les ordinaeurs. Par conre ils son généralemen beaucoup moins paiens vis-à-vis des pannes des ordinaeurs incorporés sous la forme de ssèmes embarqués dans d aures produis de consommaion. L impaience es encore plus fore si les défaillances observées n affecaien pas l équipemen avan que les ssèmes embarqués soien inroduis. 10 Personal Digial Assisan 11 Radiofréquence 12 Ssem on a Chip 13 Digial-Signal Processor 14 Micro Elecro Mechanical Ssem -8-
Les applicaions incorporan des ssèmes embarqués prolifèren rapidemen e leurs fores exigences en maière de sûreé e de fiabilié posen aux concepeurs de ces ssèmes de nouveaux défis recherche. Ainsi pour les produis complexes de grande consommaion on doi pouvoir rapidemen en faire le diagnosic e réparer facilemen. Dans l indusrie auomobile par exemple des moens sophisiqués de es en ligne e de diagnosic son aujourd hui implémenés sur des véhicules avec un niveau de complexié équivalen à ceux que l on rouve sur cerains anciens avions de ligne. Sans êre exhausif le Tableau 1.2 résume les propriéés des applicaions incorporan les ssèmes embarqués dans les produis de consommaion courane. Tableau 1.2 Propriéés des applicaions incorporan les ssèmes embarqués Applicaion Sensibilié au coû Mobilié Elecroménager audio-visuel Téléphonie mobile Transpor e Auomobile Ferroviaire Aérien Mariime Rudesse de l environnemen Haue fiabilié Aérospaial Fusée avee saellies Cares à puce Criicié 1.1.4 Problème de esabilié Bien que rès inéressanes d'un poin de vue économique les nouvelles echniques d inégraion des ssèmes embarqués sur puce nécessien une adapaion du flo de concepion microélecronique à ce nouveau genre de circui. Les défis à relever son nombreux e couvren divers domaines allan de l'élaboraion de nouvelles echnologies de gravure jusqu'au es. Des problèmes apparaissen dès la concepion de els ssèmes où les quesions de esabilié doiven êre prises en compe. Sur un ssème sur care chaque composane es esée individuellemen avan d êre connecée sur la care ensuie les inerconnexions de la care son esées. Sur un ssème sur puce il n a pas de es individuel avan l assemblage. De nouvelles conraines de es apparaissen elles que l accès aux différenes foncions du ssème e la nécessié d uiliser des eseurs coûeux capables de eser une rès grande variéé de foncions complexes. Ces conraines renden la problémaique du es de plus en plus complexe e de plus en plus coûeuse pouvan représener plus de 50% du coû oal de cerains ssèmes mixes analogiques numériques. 1.2 Tes e surveillance inégrés Les faues son induies par des défaus phsiques ou défaus logiques qui affecen la concepion la fabricaion ou le foncionnemen des composanes du ssème. Les défaus de concepion son commis soi par les humains soi par les logiciels de CAO au cours du processus de concepion. Les défaus de fabricaion résulen des imperfecions dans les procédés de fabricaion. Les défaus en opéraion son généralemen dus à la faigue ou aux conraines environnemenales au cours des solliciaions du ssème. Les inerférences élecromagnéiques ainsi que les vibraions e les empéraures exrêmes son des sources poenielles de ce pe de défau. Cerains défaus de concepion e de fabricaion peuven échapper à la déecion lors de ess appropriés. Ces défaus s associen à la faigue e aux perurbaions environnemenales pour créer des faues dans le ssème en exploiaion. Sous ceraines condiions de foncionnemen les faues engendren des erreurs qui se caracérisen par des éas incorrecs. Les erreurs enraînen des défaillances qui se caracérisen par une déviaion plus ou moins imporane du comporemen du ssème par rappor au comporemen nominal aendu. La défaillance devien un risque de danger si elle es suscepible d enraîner un acciden. -9-
1.2.1 Tes hors ligne inégré Le es des ssèmes es un maillon de la sraégie des fabricans ; il perme de mesurer la qualié e la fiabilié des produis e donc de valider l'ensemble de la chaîne de producion. L'inérê du es es muliple il perme d'une par de fournir des ssèmes opéraionnels e d'aure par grâce au diagnosic de remere en cause les procédures de fabricaion ou de concepion e donc d augmener le rendemen de producion. Le es s'insère donc naurellemen dans le processus de snhèse e de réalisaion de ou ssème qu'il soi élecronique ou non. Exécué en fin de producion le es hors ligne perme d éliminer de façon simple e efficace ou ssème défecueux don les défaus de fabricaion son révélés par l applicaion d une séquence de déecion. Ce mode d implémenaion es choisi dans les cas de figure suivans : es du ssème en sorie de chaîne de producion avan la livraison aux cliens es du ssème au démarrage ou à inervalles réguliers mainenance prévenive en complémen du es en ligne dans les applicaions criiques le es hors ligne peu êre uilisé pour préciser les raisons d un dsfoncionnemen révélé par une procédure de es en ligne. Le es consise à appliquer des veceurs de es aux enrées du circui sous es e de comparer ses sories observées à des données de référence pré-calculées par simulaion. Suivan que l applicaion du es fai appel ou pas à l'uilisaion d'équipemens exérieurs on disingue le es exerne du es inégré BIST 15. Le es exerne fai appel à l'uilisaion de eseurs qui son des équipemens auomaiques de es ATE 16. Les echniques de es inégré consisen à inclure direcemen dans le circui ou ou parie des foncions réalisées par le eseur qui son la généraion de veceurs de es e l analse des résulas. Le es inégré conribue à la maîrise des coûs induis par le es. L uilisaion des modules BIST sur le circui perme d effecuer le es du circui de façon complèemen auonome ce qui s avère pariculièremen uile pour la mainenance ou le es de ssèmes embarqués sur sie. Grâce au es inégré la âche des équipemens auomaiques de es es allégée les ouils de es son simplifiés moins de mémoire nécessaire pour socer les veceurs. Un aure avanage non négligeable du BIST es de permere l exécuion du es à la viesse nominale du circui. Les disposiifs de es inégré doiven êre capables de générer des veceurs de es e de comparer les résulas obenus à ceux aendus suivan le schéma de principe représené dans la Figure 1.1. Enrées primaires Mux Séquence de es Généraion de veceurs de es Circui sous Tes CUT Analse de réponse Sories primaires Erreur Conrôle de es Figure 1.1 Archiecure générique de BIST digial Le es inégré srucurel regroupe l ensemble des echniques qui consisen à implaner sur le silicium les ressources nécessaires au es d un circui c es-à-dire les généraeurs de veceurs de es e analseurs de réponses. Conrairemen au es exerne qui ne peu êre envisagé que si le ssème n es pas sollicié les echniques de es inégré se classifien en deux caégories suivan qu elles son applicables au ssème en exploiaion ou hors exploiaion. On disingue ainsi le es en ligne e le es hors ligne. Conrairemen au es en ligne le mode d implémenaion hors exploiaion auorise le choix du proocole de es en foncion des objecifs e des condiions d applicaion du es : choix des séquences d enrée de es choix des poins d observaion e maîrise de ceraines enrées inconnues. 15 Buil In Self Tes 16 Auomaic Tes Equipmens -10-
Compe enu de la complexié e des performances croissanes des ssèmes les ATE son de plus en plus coûeux ce qui impose des sraégies de concepion facilian le es afin d en réduire le coû. Des recherches fondamenales e appliquées visan la résoluion des problèmes de es son inensivemen poursuivies an dans les universiés que dans l indusrie. Le erme concepion en vue d une meilleure esabilié DFT 17 recouvre oues les echniques uilisées en vue de rendre le es des circuis économiquemen viables. Les echniques ad hoc consisen en un ensemble de règles à respecer afin de rendre la concepion plus facilemen esable. Au conraire les echniques srucurées concernen la srucure générale du circui e son basées sur l uilisaion de règles de concepion de porée générale. Le bu général des echniques srucurées es de facilier l accès aux nœuds inernes du circui ou en limian le nombre d enrées sories supplémenaires prévues à ce effe. Malgré la somme imporane d effors consenis pour le développemen de méhodes e de echniques pour le es des circuis inégrés un cerain nombre de problèmes e de difficulés son encore non résolus. Ils concernen aussi bien la généraion des séquences de es propremen dies que l applicaion des données de es au circui à eser. Il es peu probable que dans les années à venir les résulas obenus permeen de proposer des echniques de es ou des méhodes aan une porée générale s appliquan à des concepions non srucurées. Par conre il semble raisonnable de parier sur l obenion de résulas significaifs e économiquemen viables applicables pour des concepions pariculières incluan des disposiifs spécifiques en vue de facilier le es. Le es hors ligne des composanes digiales bénéficie des effors de recherche considérables e d une liéraure scienifique rès fournie. Les circuis analogiques e mixes n aan pas fai l obje d une acivié de recherche aussi prolifique le es inégré de ce pe de composane rese aujourd hui un problème ouver e consiue un des défis imporans qui resen à lever. L un des axes de nos invesigaions acuelles conribue à la recherche de soluions à bas coû pour l inégraion du es des composanes analogiques e mixes. 1.2.2 Tes en ligne inégré La qualié d un ssème embarqué es caracérisée par un ensemble de propriéés liées aux performances e à la fiabilié. Les propriéés de performance concernen les aspecs dnamiques du comporemen du ssème els que : viesse efficacié emps de réponse emps de laence ec. Les propriéés de fiabilié comprennen la sûreé la sécurié la disponibilié la facilié de réparaion e oue aure propriéé caracérisan la capacié du ssème à fournir un service en présence de faues erreurs surcharge ou ou aure inciden suscepible de perurber son foncionnemen nominal. L objecif visé es de s affranchir de l influence des faues pour ainsi conribuer à l amélioraion de la sécurié e la sûreé de foncionnemen des ssèmes conçus e fabriqués. Différenes méhodes peuven êre conjoinemen uilisées pour aeindre ce objecif. Parmi les moens les plus courammen mis en œuvre on disingue : - la prévenion des défaillances qui vise la réducion de la probabilié d occurrence de faues ; elle implique une analse des mécanismes des différens modes de défaillance pour en déduire les lois de dégradaion qui les gouvernen. - la olérance aux faues qui concerne la réducion de la sensibilié de la foncion implémenée aux faues. - la prévision qui implique la surveillance du ssème. Elle regroupe les opéraions de déecion e de localisaion de faues afin de décider d une acion compensarice de sore que le processus puisse coninuer à remplir la mission qui lui a éé confiée malgré la présence des défaus mis en évidence. La décision d inervenion ou de reconfiguraion es prise lorsqu il a évidence expérimenale d un défau imminen. La complexié des ssèmes acuels e la nécessié d accomplir ces âches dans un emps resrein limien foremen le rôle des opéraeurs humains. Il es nécessaire de confier la âche de surveillance à 17 Design For Tesabilir -11-
un module auomaique de diagnosic inégré. A l occurrence d une défaillance la réacion du module de surveillance commence par la déecion du défau passe par la localisaion du composan défecueux e se ermine par une auo-reconfiguraion permean au ssème de poursuivre sa mission malgré l évidence d un défau. Le diagnosic regroupe l ensemble des âches requises pour accomplir la mission de surveillance qui conribue à garanir l inégrié des ssèmes embarqués. Le bu es de fournir un ensemble d informaions auxiliaires d une par aux opéraions de mainenance palliaives e curaives e d aure par aux organes de décisions inégrés chargés de la reconfiguraion auomaique du ssème dans le cas des applicaions criiques. Le problème de concepion de ssème de surveillance inégré peu se formuler comme sui : en uilisan la connaissance que l on a du ssème e les données disponibles en emps réel il s agi d adjoindre aux spécificaions foncionnelles du ssème un module don le rôle es de produire les décisions les meilleures possibles relaives à l éa de sané du ssème. La parie foncionnelle du ssème e le module de surveillance qui lui es associé doiven êre inégrables sur le même suppor chip avec un surcoû raisonnable surface e performances. Les données disponibles peuven êre aussi bien les valeurs des signaux mesurés sorie nœuds inernes que les valeurs des signaux connus consignes d enrée paramères nominaux. D un poin de vue foncionnel un diagnosic comple de ssème embarqué me en exergue le besoin émergean de disposer de echnologies de concepion capables de prendre simulanémen en compe les aspecs suivans : i Producion d alarmes : La déecion concerne la mise en évidence d événemens qui affecen l évoluion nominale du processus. Elle consise généralemen à prendre une décision binaire : le foncionnemen du ssème es-il correc ou défaillan? La procédure doi déerminer le cas échéan l insan d occurrence de la faue. C es le rôle du es en ligne. La âche es d auan plus ardue que conrairemen au es hors ligne l applicaion du es en ligne ne perme pas en générale de choisir les signaux d exciaion en vue du es. ii Analse d alarmes : l inerpréaion des alarmes caracérise les causes possibles du dsfoncionnemen. La finesse des décisions à ce niveau peu êre variable. Il convien ici de préciser de façon claire ce que l on enend par connaîre l éa de sané du ssème. a L isolaion concerne la déerminaion des événemens anormaux e la localisaion précise de la défaillance de façon à pouvoir déerminer la ou les zones défecueuses. Ceci peu se faire à différens niveaux : sous-ssème composans b L idenificaion déermine l allure de la panne e renseigne ainsi sur le pe de mainenance ou de correcion accommodaion ou reconfiguraion à réaliser sur le ssème. Dans cerains cas l idenificaion cherche à comprendre l origine de la défaillance recherche des causes e même à prévoir son évoluion pronosic. Cee éape es rès difficile à implémener car sa mise en œuvre requier la connaissance précise du modèle de chaque faue possible. La plupar des ssèmes de diagnosic acuels n inègren que la déecion e l isolaion. L idenificaion de la panne n es réalisée que lorsqu une acion de reconfiguraion en ligne du ssème ou des objecifs à aeindre es envisagée. iii La reconfiguraion concerne enfin la remise en éa de la parie défecueuse du ssème de façon à lui permere de saisfaire à sa mission. La naure de la reconfiguraion es éroiemen liée à la gravié de la défaillance déecée. Comme l indique la Figure 1.2 les procédures de décision se siuen à deux niveaux : la producion d alarmes correspond à une décision qui sipule qu une anomalie de foncionnemen es déecée e qui le cas échéan es capable de siuer la dae de ransiion du foncionnemen normal au foncionnemen anormal. La finesse des décisions de ce niveau peu êre esseniellemen variable. Elle doi répondre au cahier des charges qui défini la naure e la précision des renseignemens que l on souhaie avoir sur l éa du ssème. Une aure décision concerne la possibilié de laisser le ssème poursuivre sa mission ou de l inerrompre. Les risques induis par la nouvelle siuaion les mesures à prendre pour la conrôler son des décisions qui relèven de la olérance aux faues e ne concernen pas nos ravaux acuels. -12-
faue Arrê du ssème Analse d alarme Tes en Ssème Alarme Reconfiguraion ligne Isolaion idenificaion Figure 1.2 Les procédures de décision Foncionnemen en mode dégradé 1.3 Siuaion de nos ravaux 1.3.1 Conexe de nos ravaux La complexié des foncionnaliés implémenées dans les ssèmes inégrés croî en même emps que se réduisen les dimensions des puces limian l accessibilié des nœuds inernes e induisan des difficulés de es. Les echniques de concepion en vue du es on éé développées pour les circuis numériques. Elles son peu à peu sandardisées e direcemen inégrées dans les ouils de snhèse auomaique. Malheureusemen il n exise aucune méhode générique pour eser les blocs analogiques ou mixes. Aujourd hui les cœurs analogiques e mixes requièren des ess foncionnels complexes nécessian des emps d applicaion rès longs e des équipemens de es coûeux. Le coû exrêmemen élevé du es de ces blocs es le principal maillon faible du développemen des ssèmes embarqués sur une puce. On mesure l éendue de ce problème par le fai que le coû du es approche redouablemen les 40 % du prix de revien oal d un circui inégré acuel. E comme les nouvelles echnologies orienen la endance d évoluion vers une diminuion significaive des coûs de fabricaion il es admis que le coû du es e en pariculier celui du es de la parie analogique représenera bienô la plus grosse parie du coû oal des circuis inégrés mixes. Dans le conexe echnologique e économique acuel la réducion du coû de es des circuis mixes es un défi crucial pour les fabricans de ssèmes embarqués. Dans le domaine des ssèmes analogiques e mixes nos invesigaions de recherche acuelles poren sur rois axes principaux : le développemen des ouils CAO 18 pour le es des ssèmes analogiques e mixes la mise au poin de echniques d inégraion de es à bas coû pour les ssèmes analogiques e mixes e le es en ligne concurren de ssèmes linéaires Figure 1.3. 18 Concepion Assisée par Ordinaeur -13-
Tes de ssèmes analogiques e mixes Tes exerne A-BIST Tes hors ligne inégré Domaines d invesigaion de nos ravaux Tes en ligne de ssèmes mixes CAO pour le es analogique e mixe A-BIST A bas coû Concurren IDDQ Généraion auomaique des signaux analogiques de es Généraion sur puce des signaux de es Analse sur puce des réponses de es Redondance d informaion Code déeceur Tes srucurel Tes foncionnel Tes paramérique Figure 1.3 Siuaion de nos ravaux dans le domaine du es des ssèmes analogiques e mixes La complexié des ssèmes embarqués les rend vulnérables aux défaillances en foncionnemen qui son à l origine de coûs imporans en erme de sécurié e en erme de disponibilié. Associée à la criicié des missions cee vulnérabilié jusifie la concepion e l inégraion dans ces ssèmes de modules de surveillance don le rôle es de raier les données accessibles sur le ssème afin de déecer e de diagnosiquer les défaillances suscepibles d affecer le ssème en cours de foncionnemen. Tes de ssèmes digiaux Tes exerne BIST Tes hors ligne Domaines d invesigaion de nos ravaux Tes en ligne on-concurren Semi-concurren Concurren IDDQ DFT Redondance de emps Redondance de maérielle Ad-Hoc Srucuré Scan Redondance d informaion Généraion de veceurs de es e Evaluaion de réponses Preuve de séquence Code déeceur Tes srucurel Tes foncionnel Tes paramérique Figure 1.4 Siuaion de nos ravaux dans le domaine du es des ssèmes digiaux -14-
Une parie imporane de nos ravaux pore sur le développemen de méhodes de concepion e d inégraion de modules de surveillance pour les ssèmes embarqués. Plus précisémen nous ravaillons sur l élaboraion des méhodes e le développemen des ouils permean le es en ligne des ssèmes inégrés. Ces ravaux concernen aussi bien les modules digiaux que les modules analogiques e mixes. Concernan les ssèmes digiaux nous nous sommes esseniellemen inéressé au développemen de echniques de es en ligne non-concurren semi-concurren e concurren Figure 1.4. 1.3.2 ore approche Il es souhaiable que les coûs d inégraion des modules de es e de surveillance proposés resen raisonnables. Ces coûs iennen compe aussi bien du emps d applicaion du es que de la surface de silicium supplémenaire nécessaire pour son implémenaion ainsi que de la dégradaion des performances du ssème induie par l inserion de foncions de es e de surveillance. En effe l ajou des ces foncions enraîne rès souven une modificaion des propriéés comporemenales du ssème généralemen dans le sens d une dégradaion des performances aendues. ore expérience de modélisaion e de simulaion de ssèmes complexes confirme la perinence de ce consa. ous cherchons à développer des méhodes suffisammen générales pour répondre à une famille de ssèmes pluô qu à une applicaion pariculière. Cee préoccupaion renforce la nécessié de rechercher des archiecures génériques qui exploien les propriéés srucurelles des modèles de ssèmes. Puisque nos domaines de recherche son moivés par les problèmes acuels e à venir nous appliquons nos résulas à des siuaions effecives. Ceci implique de mere en œuvre nos soluions dans des ouils afin d inégrer la problémaique de es e de surveillance dans le processus de concepion. ous avons ainsi le souci de réaliser soi des ouils logiciels comples e auonomes soi de ouils s inégran dans des ensembles logiciels imporans. 1.3.3 os axes de recherche Il exise des ravaux qui préconisen les méhodes de DFT e plus pariculièremen le BIST analogique comme une soluion viable permean d améliorer la esabilié e de facilier le diagnosic de ces produis. Cependan les archiecures ABIST 19 proposées induisen généralemen des coûs en surface maérielle prohibiifs qui se siuen souven au delà de marges auorisées par les conraines drasiques de surface. En effe pour répondre à la demande pressane des applicaions de communicaions sans fil de mulimédia e de raiemen des signaux les concepeurs de circuis analogiques e mixes incorporen de nombreuses foncionnaliés sur des surfaces de silicium sricemen limiées. Dans ce conexe nous avons choisi au sein de l équipe RMS de TIMA de proposer des schémas de ABIST simples à bas coû en erme de surface e compaibles avec l environnemen numérique. Le chapire 2 expose nos invesigaions de recherche dans ce domaine. Elles concernen aussi bien le développemen des ouils CAO pour le es analogique que des echniques de BIST analogues don les principaux aous résiden aussi bien dans la simplicié e le faible coû maériel que dans leur compaibilié à un environnemen de composans digiaux. La différence enre les archiecures de ABIST que nous proposons réside dans la naure du généraeur de signaux de es analogique du généraeur de signaure numérique e du conrôleur digial du es. Suivan le cas nous disinguons les généraeurs suivans : Généraeur sinusoïdal mulifréquence couplé à un généraeur de signaure à base de converisseur Σ Généraeur pseudo-aléaoire couplé avec des cellules de corrélaion simplifiées Généraeur de signaux couplé avec un algorihme d idenificaion paramérique A l issue de nos ravaux de hèse la surveillance en ligne des ssèmes a consiué un champ d invesigaion majeur. L objecif visé es la vérificaion du foncionnemen d'un ssème en cours d opéraion sans suspendre ni affecer le foncionnemen nominal qui rese prioriaire par rappor aux opéraions de vérificaions. Le chapire 3 présene les ravaux que nous avons développés en ce sens dans 19 Analogue BIST -15-
le cadre du es en ligne des ssèmes élecroniques inégrés. Afin d aeindre ce objecif sous la conraine des prioriés exprimées plus hau les archiecures proposées exploien esseniellemen des redondances inrinsèques conenues dans le ssème nominal. Trois pes de redondance son ainsi uilisés : les redondances d informaion les redondances de emps e les redondances de maériel. La redondance en informaion se radui par les relaions analiques qui lien les signaux circulan dans le ssème. La redondance emporelle es exprimée par les emps oisifs pendan lesquels une ou plusieurs des composanes du ssème ne son pas solliciées par les opéraions nominales. Ces composanes peuven alors êre uilisées pour un objecif secondaire el que le es en ligne. La redondance en maériel concerne la disponibilié dans le ssème de plusieurs opéraeurs capables d assurer l'exécuion d'une âche. Le es en-ligne es donc assuré par l'exécuion de la même âche sur des opéraeurs différens avec comparaison de résulas. Suivan les pes de redondances en jeu nos invesigaions se déploien en rois approches complémenaires de es en-ligne : Tes en ligne concurren Les signaux des enrées primaires du ssème nécessaires au foncionnemen normal son la seule exciaion appliquée au ssème. Le es en-ligne concurren exploie esseniellemen la redondance en informaions conenues dans les signaux circulan e accessibles à la lecure. ous proposons cee méhode de es auan pour les ssèmes numériques que pour les ssèmes analogiques. Tes en ligne non-concurren Il uilise esseniellemen les redondances en emps dans le ssème. Une séquence de es prédéerminée es appliquée par morceau à chaque unié foncionnelle duran ous les inervalles de emps oisifs où elle n es pas solliciée par la foncion nominale. Tes en-ligne semi-concurren Il exploie esseniellemen les redondances en emps e en maériel dans le ssème pour vérifier les propriéés foncionnelles des opéraeurs e des chemins de données. Les emps oisifs des opéraeurs son mis à profi afin de répéer des séquences d opéraions exécuées dans le foncionnemen nominal. Les signaux d enrée du ssème son uilisés comme simuli de es. -16-
Chapire 2 Tes inégré de ssèmes analogiques e mixes Les circuis digiaux on un comporemen déerminise e parfaiemen prévisible. Pour une combinaison des valeurs iniiales de ses bascules inernes donnée les sories d un circui digial son déerminées de façon unique à parir de la connaissance de ses signaux d enrée. Ainsi même si un seul bi de la réponse du circui sous es es différen de la valeur aendue sur un circui sain la signaure du circui es différene de la signaure de référence aendue avec une rès fore probabilié. Ainsi les circuis digiaux son soi défecueux soi sain e jamais enre les deux ; cee propriéé facilie la concepion d un analseur de réponse permean de disinguer par leur signaure les circuis défecueux des circuis sains. Pour les circuis analogiques le problème es beaucoup plus complexe car les signaux analogiques son de naure imprécise. Cee imprécision inerdi l uilisaion d un analseur de réponse déerminise analogue à celui des eseurs digiaux car le risque de déclarer incorrecs des signaux analogiques parfaiemen valides serai alors exrêmemen élevé. Il ne s agi plus de donner une réponse binaire de pe circui bon ou circui mauvais mais pluô de définir des crières de qualié coninus permean de classifier les circuis ensuie il fau déerminer les seuils de qualié qui permeen de disinguer les circuis défecueux des circuis sains. De ce fai les echniques de BIST analogiques induisen souven des coûs prohibiifs difficilemen accepables dans une applicaion réelle. De nos jours le défi principal des ingénieurs concepeurs de ssèmes analogiques e mixe es d assurer un es de haue qualié avec un coû de mise en œuvre e d applicaion raisonnable. Ce chapire décri nos ravaux de recherche dans le domaine du es hors ligne des ssèmes analogiques e mixes. os invesigaions dans ce domaine son orienées vers deux direcions principales : la consrucion d ouils CAO facilian la mise en œuvre du es pour de ssèmes analogiques e mixes e le développemen d archiecures de BIST analogiques simples e de faible coû maériel compaibles avec un environnemen de circuis digiaux. Au sein du groupe RMS de TIMA nous explorons des archiecures ABIST qui consisen à eser des circuis analogiques e mixes avec des eseurs numériques. Ces archiecures requièren ou d abord la possibilié de générer dans la puce des signaux analogiques nécessaires au es des composanes analogiques e mixes à parir de signaux codés numériquemen. Après une conversion analogique numérique les réponses son recueillies e raiées par le conrôleur numérique de es comme l indique la Figure 2.1. Sur ce schéma le erme ssème analogique peu désigner aussi bien un circui analogique un MEMS qu une composane RF 20. Généraion des signaux analogiques de es Ssème analogique sous es Généraion de signaure umérique Conrôleur numérique du es Code numérique du signal analogique de es Code numérique de la Réponse de es Figure 2.1 Archiecure de BIST Analogique 20 Radiofréquence -17-
2.1 Ouils CAO de es analogique Les effors de recherche considérables consenis au es des ssèmes digiaux on produi des résulas imporans qui son graduellemen sandardisés e incorporés dans les ouils de snhèse auomaique pour les circuis numériques. Malheureusemen les avancées son beaucoup moins imporanes dans le domaine du es des ssèmes analogiques e mixes. Une des difficulés imporanes dans ce domaine es l inexisence d ouils CAO permean l auomaisaion des âches de simulaion de faues e de généraion des veceurs de es. Les ouils de généraion de simuli de es e de simulaion de faue son esseniels aux echniques de es srucurel e foncionnel. Il permeen d évaluer la qualié de es afin d auomaiser la recherche de la soluion opimale à implémener. Les environnemens des ouils logiciels de concepion indusriels CADACE METOR GRAPHICS SYOPSYS n incluen malheureusemen aucun ouil de simulaion de faues e de généraion de simuli de es analogique. Cee carence s explique par la naure généralemen foncionnelle du es appliqué aux circuis analogiques. Pouran le besoin d inégrer des archiecures ABIST e d évaluer leurs qualiés finira bien par rendre ces ouils inconournables. Ceci jusifie les effors imporans que nous coninuons à consacrer aux ouils de CAO pour le es analogique inégrés dans un environnemen de concepion indusriel. 2.1.1 Ouil de simulaion de faues pour circuis analogiques Afin d éprouver e de comparer des soluions concurrenes la concepion de BIST analogique requier un ouil efficace d injecion de faues dans les modèles de circuis analogiques e mixes. De même que dans le cas des ssèmes digiaux la simulaion de faues des circuis analogiques déermine le comporemen du circui en présence de chacune des faues d un ensemble de faues prédéerminées. Du fai du rès grand nombre de faues à raier e de la complexié des algorihmes à mere en oeuvre on adope généralemen l hpohèse de la faue unique. L objecif de la simulaion de faues es de déerminer la qualié d une soluion de es. Cee qualié s exprime sous la forme d un aux de couverure de faues qui es défini par le rappor du nombre de faues déecées par la séquence de es sur le nombre de faues simulées. Au sein du groupe RMS du laboraoire TIMA sous l iniiaive de Salvador MIR e avec sa collaboraion nous avons conribué au développemen d un ouil logiciel d injecion e de simulaion de faues qui accepe comme enrées des circuis analogiques e mixes. L objecif visé es de disposer d un ouil générique d injecion de faues qui soi indépendan aussi bien du pe de bloc à analser numérique analogique ou mixe que du niveau de descripion du circui comporemenal schémaique laou. Le squelee iniial de l ouil a éé inégré dans l environnemen du logiciel CADECE 21 par Cosmin ROMA lors de son sage de fin d éudes d ingénieur. Le langage de programmaion SKILL 22 e la souplesse des applicaions de ce environnemen donnen une grande flexibilié pour l injecion de faues. Ces ravaux on éé poursuivis par Abdelaif ZOUAI 23 ; ils son acuellemen développés par Ahcène BOUCEUR dans le cadre de ses ravaux docoraux. Ces ravaux on permis l auomaisaion des âches de modélisaion d injecion e de simulaion de faues ainsi que le raiemen des résulas. La srucure générale de l ouil es présenée dans la Figure 2.2 a. La Figure 2.2 b donne une idée de la modélisaion de faues. Il s agi ici d une faue de courcircui enre la base e le colleceur d un ransisor. La echnique d injecion uilisée s appuie sur un langage de descripion de modèle de faues basé sur des inerfaces graphiques e exuelles. Le ravail de programmaion es facilié par une librairie conenan un ensemble de foncions permean de facilier la manipulaion du circui il conien les possibiliés suivanes : ajouer/supprimer une insance ajouer/supprimer une connexion ajouer/supprimer un circui ou une parie d un circui. Une faue es représenée par son modèle qui es consrui sous la forme d une cellule du ssème en uilisan des primiives elles que les poins de connexion le segmen dans le réseau d inerconnexion e évenuellemen d aures insances qui peuven êre configurées par l uilisaeur. 21 Logiciel de concepion microélecronique 22 Langage exuel srucuré incorporé dans l environnemen CADECE 23 Sage de DEA Recherche Opéraionnelle Combinaoire e Opimisaion UJF 2003-18-
Base de données de concepion Conraines d injecion de faues Base de données de es Ouils de modélisaion de faues Modèle du ssème défecueux Modèles de faues analogiques Ouils d injecion de faues Ouils de simulaion e de raiemen des résulas a Primiives de modélisaions de faues Résulas d évaluaion du es MOS suc open bandis /* Code sample for he faul model: * "MOS ransisor suc open" */ ;# Design Under Tes CellView dsc_dut=dbopencellviewbtpe"fault_demo" "THPixel" "schemaic" nil "r" ;# Finding locaions o injec fauls MOS=seofX dsc_dut->insances X->cellame=="nmos4" X->cellame=="pmos4" ;# Lis of all possible locaions LOC=dscGeInsSegsOnPinsMOS lis"g" "D" "S" ;# Specifing he curren faul model dsc_curret_fault=lis"fault_demo" "mossucopen" ;# Building he faul scenario LOCp1=dscLabelLocaionsAs"concurren" LOC LOCs=dscLabelLocaionsAs"sequenial" LisLOC LOCp1 Figure 2.2 La srucure générale de l ouil logiciel d injecion e de simulaion de faues : a archiecure générale de l ouil b Exemple de modèle de faue correspondan à un ransisor MOS collé ouver c programme d injecion de faue correspondan. Afin de facilier l uilisaion de l ouil le logiciel perme de déecer auomaiquemen les coordonnées des différens objes à ajouer e les coordonnées des connexions concernées. Un ensemble de foncions son disponibles : Lise des coordonnées des pins d une insance lise des coordonnées des exrémiés des segmens des pins soran d une insance posiions relaives des différenes insances La Figure 2.3 monre les principales fenêres qui permeen de configurer l ouil de simulaion e d injecion de faues. c b Figures 2.3 Principales fenêres de configuraion de l ouil ouils d injecion e de simulaion de faues. -19-
La campagne de simulaion de faues es lancée par un programme de es. Elle commence par la déerminaion des spécificaions du ssème ainsi que leurs olérances. Ensuie les variables de es e leurs olérances aux faues son définies. Une variable de es peu êre formée d une ou de plusieurs mesures de es. Une évaluaion de la echnique de es éudiée es obenue grâce aux résulas qui découlen de la procédure de simulaion. Un exemple de illusraif des résulas de simulaion de simulaion es présené sur la Figure 2.4. a Figures 2.4 Ouils logiciel d injecion e de simulaion de faues : résula de l opimisaion muliobjecif ADEV SFDR e veceur de es sous un forma compaible avec un eseur numérique. 2.1.2 Généraeur programmable des signaux analogiques mulifréquences La mise en œuvre de l archiecure complèe de ABIST nécessie une généraion sur puce des signaux analogiques de es. Un ouil a éé développé afin d assurer une généraion de signaux analogiques sur puce à parir de leur codes numériques. Les signaux générés son esseniellemen mulifréquences e leur généraion se fai à parir d un codage numérique des signaux de sorie souhaiés. Comme l indique la Figure 2.5 pour générer un signal analogique de fréquences f 1 f 2... f n un rain binaire codan le signal désiré es chargé dans un premier emps T 1 dans un regisre à décalage cadencé à la fréquence f s. Puis on boucle le regisre sur lui même en connecan sa sorie à l enrée dans un emps T 2. Signal umérique T 1 CLK fs Figure 2.5 Schéma de principe de la généraion des signaux analogiques. T 2 Regisre à décalage fc = f f Filre Passe-bas T 1 : Chargemen du rain binaire T 2 : Bouclage du regisre Signal Analogique -20-
Le rain binaire à la sorie du regisre à décalage es ensuie filré pour rerouver le signal analogique qui éai encodé dans le rain binaire. Un filre passe bas de fréquence de coupure f c = f n. es uilisé à cee fin. Le bouclage perme d effecuer la périodisaion du signal dans le domaine emporel. Par conséquen on discréise son specre fréqueniel. En oure si on considère que le regisre à décalage a une longueur e que le regisre es cadencé à la fréquence f s alors on obien une relaion enre f s e f où f=pgcd 24 f i i = 1 n : f = f s M 2.1 avec M = 1 2. Les paramères de programmaion du généraeur son f s f c ; le bloc de filrage à 2 la sorie du regisre à décalage es aussi programmable e perme de récupérer un signal analogique. Le signal analogique désiré es généré par simulaion e encodé sur un veceur de es de longueur de 256 bis conenan les informaions suivanes définies dans la Figure 2.6. 1 2 3 4 1 200 bis pour le rain binaire 2 7 bis pour la longueur du regisre 3 5 bis pour le faceur de division 4 44 bis pour la programmaion du filre e aures Figure 2.6 Configuraion du rain binaire encodan les signaux mulifréquences Une première version d un ouil logiciel de mise œuvre de cee approche a éé réalisée pour s'inégrer dans l'environnemen CADECE logiciel CAO de concepion microélecronique afin de valider la echnique proposée suivan l archiecure décrie dans la Figure 2.7. La version iniiale de ce ouil raiai le cas simple de la généraion des signaux analogiques mono-fréquence. Figure 2.7 Généraeur de signaux mulifréquence Comme le monre le ableau 2.1 les configuraions des paramères de programmaion permeen de générer des signaux dans la bande de fréquence allan de 10Hz à 10Mhz. La résoluion fréquenielle alors obenue es meilleure que 1%. Le ravail de sage de DEA de Ahcène BOUCEUR a permis de compléer l ouil iniial d un module permean la simulaion de circuis de généraion de signaux mulifréquences. De nouvelles foncionnaliés on ainsi éé inroduies nécessian une éude approfondie du comporemen du circui généraeur vis-à-vis des signaux mulifréquences. Il a aussi fallu opimiser des propriéés des signaux à générer afin qu ils soien adapés au mieux au es de circuis analogiques. A cause de la non linéarié sévère e surou de la non dérivabilié des foncions à opimiser les méhodes analiques d opimisaion se son vie avérées inapplicables. Déjà uilisée dans la première version de l ouil la méhode de Monecarlo a éé compléée par un algorihme généique de pe WARGA 25 qui uilise le principe de la relaion de dominance au sens de Pareo. 24 PGCD : Plus Grand Commun Diviseur 25 Weighed Average Raning Geneic Algorihm -21-
Tableau 2.1 Fréquences de sorie en foncion de la fréquence d échanillonnage e de la longueur du regisre à décalage. Div fs 100 101... 199 200 1 100E+09 100E+07 990E+06... 503E+06 500E+06 2 500E+08 500E+06 495E+06... 251E+06 250E+06 4 250E+08 250E+06 248E+06... 126E+06 125E+06 8 125E+08 125E+06 124E+06... 628E+05 625E+05 16 625E+07 625E+05 619E+05... 314E+05 313E+05 32 313E+07 313E+05 309E+05... 157E+05 156E+05 64 156E+07 156E+05 155E+05... 785E+04 781E+04 128 781E+06 781E+04 774E+04... 393E+04 391E+04 256 391E+06 391E+04 387E+04... 196E+04 195E+04 512 195E+06 195E+04 193E+04... 981E+03 977E+03 1024 977E+05 977E+03 967E+03... 491E+03 488E+03 2048 488E+05 488E+03 483E+03... 245E+03 244E+03 4096 244E+05 244E+03 242E+03... 123E+03 122E+03 8192 122E+05 122E+03 121E+03... 613E+02 610E+02 16384 610E+04 610E+02 604E+02... 307E+02 305E+02 32768 305E+04 305E+02 302E+02... 153E+02 153E+02 65536 153E+04 153E+02 151E+02... 767E+01 763E+01 131072 763E+03 763E+01 755E+01... 383E+01 381E+01 262144 381E+03 381E+01 378E+01... 192E+01 191E+01 524288 191E+03 191E+01 189E+01... 958E+00 954E+00 Div : Le faceur de division fs : la fréquence d échanillonnage : la longueur du regisre à décalage Ce ouil es implémené sous CADECE e le processus de généraion des veceurs de es es oalemen ransparen à l uilisaeur. Les principales fenêres d inerfaçage son représenées sur les Figures 2.8. Un exemple de résulas d opimisaion es présené sur la Figure 2.9. Ce ravail a fai l obje d une communicaion à la conférence inernaionale DCIS [13]. Figures 2.8: Principales fenêres de configuraion de l ouil logiciel généraion de veceur de es -22-
Figure 2.9 Ouils logiciel généraion de veceur de es : résula de l opimisaion muli-objecif ADEV SFDR e veceur de es. 2.2 Tes analogique pseudo-aléaoire La plupar des echniques de BIST analogiques que l on rouve dans la liéraure supposen que la parie digiale du ssème incorpore des processeurs digiaux des converisseurs analogiques numériques ADC 26 e numériques analogiques DAC 27. Dans ces archiecures de BIST analogique la généraion de simuli de es e l analse de signaure son alors implémenées sous forme logicielle exécuable sur les processeurs embarqués. L archiecure de la circuierie de BIST que nous proposons es complèemen digiale puisque le généraeur des signaux de es e l analseur de signaure le son. Mais à la différence des méhodes habiuelles son implémenaion ne requier pas forcémen ni un ADC pour générer les simuli de es ni un processeur pour le raiemen des réponses de es. Les principaux aous des méhodes que nous proposons résiden dans leur simplicié leur compaibilié à un environnemen de composans digiaux e à leur coû maériel faible. 2.2.1 Principe de la méhode Tou comme la foncion de ransfer la réponse impulsionnelle es une caracérisique comporemenale invariane des ssèmes linéaires saionnaires LTI 28. Paran du principe que oue faue suscepible de perurber le foncionnemen d un ssème LTI enraîne des changemens dans sa réponse impulsionnelle nous avons développé une archiecure de es à bas coû basée sur l évaluaion sur puce de la réponse impulsionnelle du ssème sous es. ore conribuion s es principalemen focalisée sur l implémenaion sur la puce de méhodes d esimaion e d évaluaion de la réponse impulsionnelle avec un coû en surface de silicium accepable. Avan d aborder ce poin imporan rappelons brièvemen le principe de la méhode d esimaion de réponse indicielle que nous uilisons. Pour ou ssème linéaire invarian l inercorrélaion des signaux d enrée x e de sorie es liée à la foncion de réponse impulsionnelle h par la relaion : 26 Digial o Analog Converer 27 Analog o Digial Cconverer 28 Linear Time Invarian -23-
φx = x = h φxx 2.2 Où φ xx es la foncion d auo corrélaion du signal d enrée e le signe représene le produi de convoluion de signaux qui es défini par : x = j. x j 2.3 + j = D après l Equaion 2.2 si le signal d enrée x es choisi de sore que φ xx = δ 2.4 où δ désigne l impulsion de Dirac alors l inercorrélaion des signaux d enrée e de sorie donne direcemen la réponse impulsionnelle du ssème sous es. On a alors x = h δ = h 2.5 Théoriquemen l équaion 2.4 es vérifiée lorsque le signal d enrée du ssème sous es es un brui blanc. Cependan le brui blanc ne peu êre uilisé dans nore applicaion pour plusieurs raisons : le brui blanc pur es un signal non réalisable parce que non causal ; même un brui rose réalisable induirai un coû de généraion ou socage prohibiif inaccepable pour une soluion de es inégré viable. Pour pallier cee difficulé nous avons opé pour une séquence binaire pseudo aléaoire SBPA 29 don la généraion sur puce se fai à l aide de regisres à décalage rebouclé à ravers des ou-exclusifs LFSR 30. Comme l indique l Equaion 2.5 l esimaion de la réponse impulsionnelle par cee méhode nécessie le calcul du produi de convoluion de x e qui selon l Equaion 2.3 es consiué d une somme de produis de signaux. Le principe de cee méhode es bien connu e largemen uilisé en science expérimenale noammen en auomaique pour l idenificaion des paramères d un ssème linéaire. Mais l uilisaion de ce principe dans une implémenaion de BIST analogique s es jusqu ici buée au coû rédhibioire d implémenaion maérielle des corrélaeurs nécessaires au calcul de la réponse indicielle. L implémenaion d un module de corrélaion classique requier en effe l uilisaion de muliplieurs onéreux don le coû maériel d implémenaion es une foncion exponenielle du nombre de bis. La principale originalié de nore approche es de se servir de la naure binaire de la SBPA afin de proposer une cellule de corrélaion à faible coû où le muliplieur es remplacé par un simple muliplexeur numérique. Comme l indique la Figure 2.10 la SBPA générée par le LSFR es direcemen appliquée au disposiif sous es DUT 31 à ravers un simple buffer. A parir du signal analogique de sorie du ssème sous es un ADC génère une sorie numérique don l inercorrélaion avec la séquence binaire d enrée donne une esimaion de la réponse impulsionnelle du DUT. ous avons développé une cellule de corrélaion simplifiée CCS qui perme d implémener l opéraion de corrélaion à bas coû sans uiliser l unié foncionnelle de muliplicaion. La naure binaire du signal d enrée a éé déerminane dans cee simplificaion. Chacun des échanillons qui composen la réponse impulsionnelle es évaluée sans muliplicaion par une CCS don la srucure inerne es déaillée dans la Figure 2.10 b. La comparaison de la réponse indicielle obenue avec la référence aendue fourni la réponse du es. Au-delà des circuis analogiques classiques nous avons uilisé avec succès cee archiecure de ABIST pour le es de ssèmes micromécaniques MEMS 32. Les prospecions visan l exension de l uilisaion de cee archiecure de ABIST pour le es de ssèmes non linéaires donnen des résulas promeeurs. 29 Séquence Binaire Pseudo Aléaoire 30 Linear Feedbac Shif Regiser 31 Design Under Tes 32 MicroElecroMechanic Ssems -24-
SBPA Buffer Circui sous es A/ STD c 1 ccs h 0 c 2 z -1 z -1 ccs h 1-1 0 1 Σ z -1 c n-1 z -1 c n z -1 ccs ccs h n-1 h n CCS : Cellule de Corrélaion Simplifiée Cl LSFR a Corrélaion b Figure 2.10 ABIST pseudoaléaoire à bas coû de ssème LTI analogique. a archiecure générale b cellule de corrélaion simplifiée. 2.2.2 Applicaion au es à bas coû de MEMS Les MEMS son des composanes pluridisciplinaires don la modélisaion me généralemen en évidence des couplages élecromécaniques hermomécaniques piézoélecriques Il es couran que plusieurs de ces couplages inerviennen simulanémen dans la modélisaion d un même composan MEMS. A cause de ces couplages pluridisciplinaires les composanes MEMS on généralemen une dnamique lene comparée aux composanes microélecroniques e RF qui peuven êre inégrées dans le même environnemen. La dnamique lene des MEMS en fai des composans pariculièremen adapés à l archiecure de es sur puce proposée dans la Figure 2.10. En la collaboraion avec Libor RUFER e Salvador MIR nous avons appliqué avec succès cee archiecure de es sur des microssèmes els que les micro-poures e les micro-accéléromères. Les différens couplages qui son en jeu dans le modèle d une poure sous es son schémaisés dans la Figure 2.11 a e les modèles élecroniques équivalens correspondans son raduis dans la Figure 2.11 b. Les Figures 2.11 c e 2.11 d monren respecivemen le dessin de masque e la phoo du proope qui a éé réalisé. Ce proope a éé élaboré à parir d une micro-poures réalisée en echnologie 08 µm CMOS. Le procédé de fabricaion es suivi d un micro usinage en volume permean de libérer les poures. Afin de facilier l applicaion du es la surface de chaque micro-poure es recouvere de résisances de chauffe en polsilicium. Le es se fai par échauffemen de la micro-poure par l inermédiaire des résisances de chauffe qui la recouvre. Ce échauffemen donne lieu à une déflecion qui es mesurée par un pon de Wheasone piézorésisif disposé au poin d ancrage de la poure. La Figure 2.11 e donne les courbes de simulaion de la réponse impulsionnelle e de la foncion de ransfer observées enre les ensions d enrée V i e de sorie V d alors que la Figure 2.11 f représene les mêmes courbes relevées en présence de perurbaion. Ces courbes monren un écar imporan enre les fréquences de résonance hermique environs 10 Hz e mécanique environ 12Hz.. L archiecure de es à bas coû décrie par la Figure 2.10 s es avérée rès efficace pour caracériser les poures par leurs -25-
réponses impulsionnelles. Une réducion significaive du brui es obenue en moennan les résulas obenus par une suie de plusieurs applicaions de la même SBPA 33. Couplage Couplage V i T m X Couplage élecromécaniqu hermomécanique m V 0 piézorésisif a V i R h P h R h C h R con T m m r rr F m = a m T m c r F r X m = c r F r α = α X m α l = αl X m α l α l α α V ref R 0 R 0 R 0 1+α l R 0 1+α V 0 b 3 x 10-6 Impulse Response IF 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 [ms] 1 0 T ra n s fe r F u n c io n T F f 0-1 0-2 0 TF [db] -3 0-4 0-5 0-6 0 c -7 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 f [ H z ] e 1 0 x 1 0-6 I m p u l s e R e s p o n s e I F 5 0-5 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1 [ m s ] 1 0 T r a n s f e r F u n c io n T F f 0-1 0-2 0 TF [db] -3 0-4 0-5 0-6 0 d -7 0 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 f [H z ] f Figures 2.11 Micro-poures esables uilisan le BIST à bas coû. a les couplages en jeu en mode es b modèle élecrique équivalen d une micro-poure c dessin de masques des micropoures d phoo des micro-poures e courbes de la réponse indicielle e de la foncion de ransfer héoriques f courbes de la réponse indicielle e de la foncion de ransfer relevées en présence de brui. 33 Séquence Binaire Pseudo Aléaoire -26-
Les ravaux de sage de DEA d Achraf DHAYI on permis d éudier l opimisaion des paramères de l archiecure de BIST pseudoaléaoire proposée dans la Figure 2.10. En pariculier le choix des échanillons de la réponse impulsionnelle à calculer e à surveiller le choix de la longueur de la SBPA ainsi que les influences de la précision du circui de calcul de corrélaion e du converisseur analogique numérique sur les résulas du es on éé analsés. La suie de ce ravail a consisé à éudier l applicaion de cee echnique de BIST les microssèmes en enan compe de leur comporemen linéaire e non linéaire. L influence des non linéariés sur l archiecure de BIST proposée es évaluée. Cee éude fai l obje des ravaux de hèse d Achraf DHAYI co-encadrés par Salvador MIR e Libor RUFER. 2.3 Uilisaion des ressources digiales embarquées pour le diagnosic inégré 2.3.1 Inelligence embarquée Les ssèmes embarqués inègren souven sur la même puce des composans variés incluan aussi bien des modules analogiques e numériques que des composanes radiofréquences dédiées à la communicaion ainsi que des composanes opiques pour le ransfer de données en hau débi e des MEMS pour l inerfaçage avec le monde exérieur. Dans leurs paries digiales les ssèmes embarqués modernes incorporen généralemen des composanes inelligenes sous la forme d un ou de plusieurs microprocesseurs de raiemen associés à des mémoires de socage de pe RAM ou ROM. Comme l indique la Figure 2.12 l inelligence embarquée communique généralemen avec les modules analogiques e mixes à ravers des converisseurs analogiques digiaux ADC e des converisseurs numériques analogiques DAC implémenés sous forme d inerfaces microélecroniques. Mixed signal Ssem Under Tes MSUT MEMS or Analogue Circui Signal condiioning ADC Microelecronic inerface DAC Signal condiioning RAM Microprocessor or Microconroller ROM Exernal bus Figure 2.12 Exemple de modules Analogique Mixes ou MEMS dans un environnemen digial. Une parie imporane de nos ravaux acuels consise à élaborer les echniques de es inégré mean à conribuion l inelligence embarquée pour le es e le diagnosic de modules mixes ou analogiques les que les composanes RF e MEMS inégrés. L idée principale es de mere en œuvre pour ces composanes des méhodes de es e de diagnosic suffisammen simples pour que les ressources inelligenes embarquées puissen permere leur implémenaion efficace. A cee fin nous uilisons esseniellemen des modèles dnamiques auorégressifs pour les modules sous es don les paramères son uilisés dans l élaboraion de signaure de es. L évaluaion es basée sur les algorihmes récursifs d esimaion paramérique don les éudes son développées dans le domaine de l auomaique noammen dans le cadre de la commande adapaive. Ces algorihmes on l avanage de permere une -27-
gesion parcimonieuse de la capacié de socage e de la puissance des ressources inelligenes nécessaires. Dans le cas simple de ssèmes dnamiques linéaires le modèle d enrée/sorie peu êre représené par une équaion récurrene de la forme : T =. L + ε 2.6 où désigne la sorie du ssème à l insan =-1-2 -n u-1 u-2 u-n u es le veceur de régression don les composanes son consiuées des valeurs de sorie - e d enrée u- anérieures à l insan e L représene le veceur des paramères à esimer. Le erme addiif ε correspond à une suie de variables aléaoires indépendanes cenrées de variance minimale don les caracérisiques son proches de celles d un brui blanc. L Equaion 2.6 es die AuoRégressive à variable exogène ARX 34. L esimaion ˆ du veceur des paramères par les méhodes classiques elles que la méhode des L moindres carrés LSM 35 nécessie d abord le socage de oue la séquence de données d enrée/sorie le raiemen requier ensuie l inversion d une marice don les dimensions peuven êre imporanes. Dans le conexe d un algorihme d idenificaion hors ligne la puissance des ordinaeurs modernes perme de résoudre cee âche qui ne pose alors aucun problème pariculier. Par conre cee procédure devien fallacieuse lorsqu elle es implémenée sur le processeur d un ssème embarqué don les ressources son généralemen drasiquemen rès limiées. Pour pallier cee difficulé nous avons choisi d uiliser les méhodes récursives d idenificaion qui son habiuellemen mises en œuvre dans les schémas de commande adapaive indirece. Ces algorihmes son aménagés afin de servir dans des archiecures de es e de diagnosic de modules analogiques. Les méhodes récursives d idenificaion présenen d aures avanages qui conribuen à une uilisaion parcimonieuse du emps de es e des ressources disponibles : i Les données de es son raiées au fur e à mesure de leur applicaion sur le circui sous es. Le emps de es es rédui à la durée nécessaire pour l applicaion de la séquence de es. ii Il es possible d arrêer le raiemen dès qu une faue es déecée d où une réducion du emps moen de es e donc de producion. iii Il n es pas nécessaire de socer simulanémen oues les données uilisées dans l algorihme de déecion d où une réducion subsanielle de l espace mémoire nécessaire au es. iv Les opéraions requises par le raiemen son simples car elles se limien à des addiions ou à des muliplicaions de signaux par des consanes. 2.3.2 Algorihmes récursifs d esimaion pour le es sur puce En auomaique la commande adapaive regroupe un ensemble de conceps e de echniques permean d ajuser auomaiquemen en emps réel les régulaeurs mis en œuvre dans la commande d un processus lorsque les paramères de ce processus son difficiles à déerminer ou varien avec le emps. On disingue deux approches principales de commande adapaive : - la commande adapaive direce dans laquelle les paramères du régulaeur son ajusés direcemen e en emps réel à parir de la comparaison enre les performances réelles observées e les performances désirées. - La commande adapaive indirece qui suppose une esimaion des paramères du processus par une procédure d idenificaion récursive. Comme l indique la Figure 2.13 ce pe de commande adapaive ien compe des caracérisiques d évoluion du ssème afin d auo-ajuser le régulaeur. 34 AuoRegressive wih Exogenous variable 35 Leas Square Mehod -28-
Spécificaion des performances Consigne Calcul du régulaeur Régulaeur ajusable a u Esimaion récursive du modèle du processus Processus Figure 2.13 Uilisaion de méhodes récursives d esimaion paramérique : a En schéma de commande adapaive indirece b En es e diagnosic inégré hors ligne Spécificaion des performances Choix e généraion de signaux de es u Modèle nominal Comparaison Esimaion récursive du modèle du CUT Circui sous es CUT b Résula du es ou de diagnosic D aure par par rappor à leur uilisaion dans les schémas de commande adapaive la mise en œuvre des méhodes récursives d idenificaion dans une archiecure de es hors-ligne présene les avanages suivans : l idenificaion es faie en boucle ouvere il n a donc aucun risque de pere d idenificaion due à la boucle de reour. Les paramères nominaux du ssème son supposés invarians noammen lors de l applicaion du es. Il n a donc aucun besoin d inroduire des faceurs d oubli. La procédure d idenificaion peu êre iniialisée aux valeurs nominales des paramères esimées sur un ssème sain ou sur un modèle de connaissance de celui-ci. le problème d exciaion persisance PE 36 es résolu par un choix judicieux des signaux d enrée en mode es. Une procédure de recherche perme de sélecionner les séquences de es qui garanissen la condiion de l exciaion persisane. 2.3.3 Cas difficile des ssèmes non linéaires Dans la héorie des ssèmes il es connu que le modèle d éa qui exprime le présen en foncion du passé perme de représener avec une grande fidélié une rès large classe de ssèmes dnamiques linéaires ou non. La Figure 2.14 donne une représenaion générique du modèle d éa récurren défini par : x = f x 1 u 1 e g x u = 2.7 où u es l enrée x e son respecivemen l enrée l éa e la sorie du ssème à l insan. u z -1 f x 1 u 1 x x u g z -1 Figure 2.14 Représenaion générique du modèle d éa récurren 36 Persisen Exciaion -29-
Les foncions f. e g. son généralemen non linéaires saionnaires e peuven êre approximées avec des réseaux de neurones. Lorsque oues les composanes du veceur d éa son accessibles à la mesure les problèmes d esimaion de f. e de g. son parfaiemen découplés. Bien que la représenaion d éa soi rès générale oues les composanes du veceur d éa ne son pas oujours accessibles à la mesure. Le cas échéan nous uilisons une exension aux ssèmes non linéaires du modèle ARX. On dédui le modèle ARX onlinear ARX qui prédi la sorie acuelle comme une foncion non linéaire des enrées e des sories anérieures. = f = f 1 2... n u u 1... u n + v avec [ ] T u + v = 1 2... n u u 1... u n u La principale difficulé de la modélisaion ARX réside dans le choix d une expression perinene pour la foncion non linéaire f.. Afin d approximer la foncion non linéaire inconnue f. de sore que la vraisemblance du modèle ARX soi maximisée une rès grande variéé de pes de foncions non linéaires a éé uilisé dans la liéraure. L archiecure générique d un modèle ARX es présenée sur la Figure 2.15. u f z -1 z -1 z -1 z -1 1 2... n u u 1... u n u z -1 z -1 z -1 z -1 m v 2.5 CA Ssème analogique sous es CA Figure 2.15 Modélisaion ARX pour les ssèmes analogiques e mixes Afin de simplifier la procédure de déecion e de diagnosic de faues nous uilisons une foncion non linéaire consruie à parir de la forme générique des modèles ARX classiques c es le modèle ARX dépendan de la posiion PDARX 37 : n n u u = φ 0 + φi i + φi u i + ε 2.6 où les coefficiens du modèle définis par i= 1 φ 0 φi e u φi dépenden de la posiion 1 i n 1 i n u courane. L idée de base des modèles PDARX es d effecuer une linéarisaion locale du modèle ARX qui es rès général en inroduisan des modèles ARX localemen linéaires don les coefficiens dépenden de la posiion courane du ssème. Dans le cas pariculier où φ. 0 e où e φ u i. 1 i n u i= 1 0 = φ. son oues des foncions consanes on rerouve bien la srucure des modèles ARX avec le u u veceur des coefficiens [ ] T = φ. 1... φ n. φ... 1 φ n. u Modèle RBF-ARX Pour modéliser les variaions des coefficiens de l Equaion 2.6 en foncion de la posiion nous uilisons la base des foncions radiales RBF 38. L influence localisée des foncions de base favorise l efficacié des réseaux RBF pour l esimaion des variaions locales. Plus précisémen nous uilisons les réseaux RBF de pe gaussien pour approximer les coefficiens φ i de l Equaion 2.6. Le modèle qui en découle es dénommé modèle RBF-ARX e es défini par : i 1 i n 37 Posiion-dependan ARX 38 Radial Basis Funcion -30-
où n n u e m son les ordres du modèle coefficiens d échelle φ φ φ 0 i u i α c 12... m i i= = 12... nα α = 0 u m 0 0 2 = c 0 + c exp { ρ Z } = 1 m 2 = c i 0 + c i exp { ρ Z } = 1 m u u u u 2 = c i 0 + c i exp { ρ Z } = 1 Z = 12... m α = u α son les cenres des RBF; α = 12.. m α = u 2.7 ρ son les son des paramères scalaires consans e. représene la norme euclidienne où α représene soi l enrée u soi la sorie. L idenificaion hors-ligne d un modèle RBF-ARX comprend aussi bien la déerminaion de l ordre du ssème que l esimaion de ous les paramères inconnus. L uilisaion d un algorihme classique d opimisaion paramérique pour esimer ous les paramères indui une grande quanié de calculs complexes qui peuven êre prohibiifs dans une archiecure de es inégré. Pour pallier cee difficulé nous scindons l espace des paramères en deux sous espaces : un sous-espace des poids linéaires e un sous-espace des paramères non linéaires. Pour le modèle RBF-ARX décri par les Equaions 2.6 e 2.7 les paramères linéaires son donnés par : α = = = m L c 1 2... i 2.8 i 1 2... nα α = 0 u e les paramères non linéaires son définis par : α α = ρ = 1 2.. m. ; Z = m. 2.9 α = u α = 12 u... Afin de facilier la procédure d esimaion les équaions du modèle du ssème peuven êre réécries sous la forme : = f L + ε 2.10 ou encore T = ϕ + ε 2.11 où es le veceur conenan les paramères non linéaires le veceur L conenan les poids linéaires. L Equaion 11 es la forme régressive de l Equaion 10 qui es linéaire par rappor à L. ore objecif es de définir un algorihme d esimaion suffisammen simple pour êre implanable sur les ressources embarquées qui peuven êres foremen limiées. Il s agi donc d alléger au maximum les calculs exécués lors du es ou en garanissan une qualié de es e de diagnosique élevée. Afin d aeindre ce objecif seuls les paramères linéaires du modèle L son esimés par un algorihme des moindres carrés récursifs RLSM 39. ous faisons le pari que l occurrence de oue faue dans le ssème sous es affecera aussi bien les paramères non linéaires que linéaires. Il nous suffi donc de surveiller les paramères linéaires du modèle pour déceler les anomalies poenielles. Le ssème sous es hérie des paramères non linéaires ~ qui son esimés une fois pour oue sur le ssème sain ou sur un modèle de celui-ci. Ils son compléés lors du es par les paramères linéaires esimés à parir des mesures effecuées sur les ssèmes sous es. L équaion du modèle que nous recherchons en mode es es donc : L ~ T ε ϕ + = 2.12 où es le veceur des paramères non linéaires hériés du modèle nominal du ssème e L es le veceur des paramères linéaires qui devra êre esimé par la procédure de es. ~ L 39 Recursive Leas Square Mehod -31-
Esimaion des paramères nominaux La procédure d idenificaion du modèle nominal comprend aussi bien la sélecion du modèle que l esimaion des paramères. Il serai fasidieux d uiliser un algorihme d opimisaion paramérique non linéaire el que le LMM 40 pour déerminer ous les paramères du modèle. Comme le nombre de paramères à déerminer es généralemen élevé le coû en emps de calcul deviendrai vie prohibiif. L algorihme d esimaion que nous proposons associe le LMM aux moindres carrés classiques. La première méhode opimise les paramères non linéaires par un processus iéraif d opimisaion non linéaire. Elle es basée sur une recherche exhausive dans l espace des soluions ce qui requier un calcul inensif dépassan souven la puissance des équipemens inelligens embarqués. A chaque iéraion les paramères linéaires son esimés par la méhode des moindres carrés en uilisan l esimaion courane des paramères non linéaires. Iniialisaion : 0 Pour donné : ˆ = L T 1 T [ X X ] X Y Opimisaion Iéraive des paramères non linéaires ˆ + 1 ˆ = + η R Jˆ L Condiion d arrê +1 = +1 Esimaion LSM de pour couran End Figure 2.16 Procédure d idenificaion du modèle nominal 0 Comme l indique la figure 2.16 l algorihme d esimaion débue par une iniialisaion à de à parir de connaissances a priori disponibles sur ssème sous es. A la ième iéraion du processus d esimaion le paramère éan déerminé l esimaion de par LSM donne : L T 1 T ˆ = X X X 2.13 où L ensemble { i i 1 } i= τ + 1... M M M 1 Y = M τ + 1 τ L [ ] Y e X K ϕ ϕ = ϕ ϕ M 1 M 2 M τ + 1 τ. 2.14 conien les données mesurées; τ es le reard le plus imporan conenu dans l expression de. des Equaions 2.6 e 2.7 e M es le nombre oal de mesures effecuées. Pour esimer les paramères non linéaires les rouines d opimisaion les plus efficaces son basées sur une recherche de direcion opimale à parir du poin couran. ous uilisons un algorihme iéraif de la forme : ˆ + 1 = ˆ + η R Jˆ 2.15 Où es le veceur des paramères non linéaires esimés au bou de iéraions. L algorihme de recherche es déerminé par rois eniés : 40 Levenberg-Marquard Mehod -32-
-33- η es la longueur du pas d iéraion; K Ĵ es le gradien esimé foncion L J qui défini le crière à opimiser R es une marice qui défini la direcion de recherche. Le crière à opimiser es de la forme : = = = + = 1 2 1 2 ˆ ˆ 1 / ˆ M L M L f J τ τ 2.16 où ˆ ˆ 1/ ˆ f L = + es la prédicion à un pas du modèle de sorie. Ainsi ˆ 1 h f J J L M L L τ = = = 2.17 L L f h = 2.18 Il es bien connu que la recherche du minimum par la méhode du gradien es inefficace e pose pariculièremen des problèmes de convergence auour du poin minimal. Par ailleurs la recherche de la direcion de ewon nécessiera le calcul de la dérivée seconde. Afin d assurer en même emps la robusesse de processus de recherche e la rapidié de la convergence de l algorihme l algorihme LMM uilise une direcion alernaive composie don la direcion de recherche es définie par : I H R δ + =. 2.19 où = = M L T L h h H τ ˆ ˆ ˆ ˆ 2.20 δ remplace ici la longueur du pas d iéraion η définie dans l Equaion 2.15. Une grande valeur de δ donne un pei pas dans la direcion du gradien alors qu une valeur de δ faible ou nulle donne un pas de Gauss-ewon. Les esimaions L ~ e ~ des paramères nominaux linéaires e non linéaires du ssème sous es son déerminés à l issue du processus d opimisaion. Esimaion récursive des paramères linéaires L ~ du ssème sous es Une uilisaion de l algorihme LSM e LMM comme dans le paragraphe précéden permerai de déerminer ous les paramères linéaires ou non linéaires e par conséquen un diagnosic rès précis. Par conre cee echnique souffre d un handicap imporan : elle nécessie un calcul inensif souven au-delà de la capacié des équipemens inelligens embarqués. Dans nore approche afin d évier l exécuion de calculs excessifs en mode es le ssème sous es hérie des paramères non linéaires en mode es. Ainsi nous supposons que es connu égal à ~. Seuls les paramères linéaires L seron esimés e comparés à leur valeurs nominales L ~ anérieuremen calculées par la méhode des moindres carrés. L idée principale des moindres carrés récursifs consise à évier de refaire ous les calculs à chaque arrivée récursive de nouvelles données. Pour cela on recherche une formule iéraive permean d exprimer ˆ L en foncion de 1 ˆ L. L esimaion des moindres carrées es définie par + = = = = ~ ~ ~ ˆ 1 1 i i P i i P i i L ϕ ϕ ϕ τ 2.21 avec 1 ~ ~ = = i T i i P τ ϕ ϕ d où la récursivié sur P -1 : ~ ~ 1 1 1 P P T ϕ +ϕ =. On a ainsi 1 ˆ ~ ~ 1 ˆ 1 ˆ 1 ~ 1 1 1 + = = = P P i i T L L i ϕ ϕ ϕ τ L esimaion du veceur des paramères à l insan es donnée par l équaion récursive
-34-1 ˆ 1 ˆ ~ ~ 1 ˆ ~ 1 ˆ ~ ~ 1 ˆ ˆ K P P P L L T L L T L L ε ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ + = + = + = 2.22 avec ~ P K ϕ =. Comme l indique les équaions ci-dessus l esimaion récursive de ˆ requier une équaion récursive de P e non de 1 P. Le lemme d inversion de marice perme de consruire une équaion récursive sur P à parir de l équaion récursive de 1 P. Lemme d inversion marices Soien A B C e D des marices de dimensions appropriées elles A C e B DA C 1 1 + soien des marices carrées non singulières alors d après le lemme d inversion des marices : 1 1 1 1 1 1 1 + = + DA B DA C B A A BCD A 2.23 L applicaion du lemme d inversion de marice avec 1 = P A ~ i B ϕ = C=I e ~ i D T ϕ = dans l Equaion 2.22donne l équaion récursive de P. 1 ~ 1 ~ ~ 1 1 ~ ~ 1 ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 1 1 1 1 1 + = + = + = = = = P P I P P P i i i i P T T T T T i T i T ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ τ τ 2.24 On en dédui 1 ~ 1 ~. ~ 1 ~ + = = i P I i P i P K T T ϕ ϕ ϕ ϕ 2.24 On en dédui l algorihme d esimaion de L ~ par les moindres carrés récursifs. Algorihme récursif d idenificaion [ ] [ ] 1 ~ ~ 1 ~ 1 1 ~ ~ 1 1 ~ 1 ~ 1 ~ 1 ~ 1 ~ 1 ˆ ˆ = + = + = = + = P K I P P P P P P P P K K T T T T L T L L ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 2.3.4 Problème d exciaion persisane PE. Pour assurer la convergence robuse de l algorihme d esimaion il es nécessaire que la séquence de veceurs ~ T ϕ couvre de façon permanene ou persisane ou l espace des paramères linéaires du ssème. Plus précisémen une convergence robuse de l algorihme d esimaion requier l exisence d une durée T e d un réel posiif α els que : ~ ~ min α ϕ ϕ λ > + = T i T i i 2.25 Lorsque la condiion 2.25 es remplie l algorihme d esimaion récursive es di excié de façon persisane e les paramères esimés convergen asmpoiquemen vers leurs valeurs acuelles garanissan ainsi la robusesse de l esimaion vis-à-vis des perurbaions. Cee condiion es exigée pour
les ssèmes adapaifs afin d assurer qu un nombre suffisan de modes inernes qui régissen le comporemen du ssème son exciés e exprimés à ravers les séquences de sorie mesurées. Dans une procédure d esimaion en emps réel en commande adapaive par exemple les séquences d enrée uilisées par les algorihmes récursifs d idenificaion lui son imposées par le foncionnemen nominal du ssème. Il es donc difficile de garanir la condiion d exciaion permanene puisque l on n a aucune maîrise des données d enrée du ssème. Par conre dans nore applicaion les algorihmes récursifs son uilisés pour un es hors ligne. ous avons donc le libre choix des séquences de es à appliquer. Cee marge de manœuvre nous perme de sélecionner les séquences de es qui garanissen la condiion d exciaion persisane sur le ssème sain. La procédure de sélecion de séquences d enrées décrie dans la Figure 2.17 garani la condiion PE. Choix d une séquence d enrée iniiale =0 ; Γ=0 ; U =U 0 Applicaion de la séquence U ; Recueil de la séquence de sorie Y Esimaions des paramères nominaux ~ e ~ L = + T λ λmin ϕi i= ~ T ~ ϕ i =+1 Choix d une nouvelle séquence d enrée U non Γ < λ oui Γ = λ non α < Γ oui fin Figure 2.17 Procédure de recherche d une séquence de es garanissan la condiion d exciaion persisane 2.4 Conclusion Aussi bien dans la communaué scienifique que dans le milieu indusriel l inérê du es inégré ne fai plus de doue. Acuellemen on rouve des modules comples de es inégré incorporés dans les ouils de snhèse auomaique pour les circuis digiaux. Pour ce qui concerne les circuis analogiques ou mixes les avancées dans le domaine du es son malheureusemen beaucoup moins imporanes. De ce fai même si la parie analogique représene généralemen moins de 10% d'un circui mixe le coû de son es peu représener jusqu à 90 % du coû du es du circui comple. Dans ce conexe la nécessié de développer des ouils CAO afin de facilier l inégraion du es des composanes analogiques e mixes devien pressane. Dans ce chapire nous avons présené les ouils logiciels de simulaion de faues e de généraion sur puce de signaux analogiques de es. Ces ravaux son développés dans le groupe RMS de TIMA dans le cadre des ravaux de hèse d Ahcène BOUCEUR don nous parageons l encadremen avec Salvador MIR. Il es capial de rechercher des archiecures de BIST globales viables pour les circuis analogiques ou mixes. Le es pseudoaléaoire présené au paragraphe 2.2 défini clairemen les circuis de généraion de simuli de es e d analse des réponses ; ceci es indispensable pour consruire une archiecure complèe de BIST. C es une oue première soluion globale connue qui inègre aussi bien la généraion des signaux de es que l analse de signaure pour le es de MEMS. éanmoins cee archiecure es basée sur l esimaion de la réponse impulsionnelle des microssèmes qui son considérés comme linéaires invarians. Cee hpohèse es vraie dans la plage de foncionnemen de la plupar des microcapeurs e de micro-acionneur cependan l éude des non linéariés créées par le mécanisme d exciaion le caracère non idéal du ssème réel e les disorsions dans les mesures doiven êre -35-
approfondies. Une première éude faie par Achraf DHAYI monre que l immunié aux disorsions es liée à la naure de la séquence pseudoaléaoire appliquée e qu un ajusemen adéqua de l analseur des réponses donne une esimaion précise de la réponse impulsionnelle. Dans les ssèmes embarqués les modules analogiques baignen généralemen dans un environnemen digial riche incluan des mémoires e des processeurs de raiemen. Ce consa es à la source de l un de nos axes de recherche qui explore les possibiliés d uilisaion des ressources inelligenes incorporées dans un ssème embarqué pour le es des composanes analogiques e mixes. Afin de garanir une consommaion parcimonieuse des ressources nécessaires la echnique proposée uilise des algorihmes récursifs d idenificaion paramérique pour le es sur puce des composanes analogiques e mixes du ssème. Le cas difficile des ssèmes non linéaires a éé éudié e une soluion générique es proposée pour permere de couvrir les ssèmes linéaires e non linéaires. Ces ravaux son développés dans le cadre des projes de recherche MEDEA+ TechnoDa T-101 MEDEA+ PIC A-401 41 e MEDEA+ anotes dans lesquels le groupes RMS es impliqué. 41 Programmable Image wih CMOS Sensors -36-
Chapire 3 Tes en ligne inégré Dans les ssèmes embarqués sur des applicaions criiques ou exigean une haue fiabilié le bu esseniel du es en ligne es de déecer les faues opéraionnelles dès qu elles apparaissen en cours d exploiaion. L objecif final visé es de caracériser les faues ou les erreurs évenuelles afin que les acions correcives appropriées soien enreprises. Dans ceraines applicaions criiques par exemple le ssème doi êre immédiaemen arrêé dès qu une erreur es déecée. Dans d aures applicaions la déecion d une erreur déclanche auomaiquemen un mécanisme de reconfiguraion qui perme au ssème de poursuivre son foncionnemen en mode dégradé performances réduies. Le es en ligne OLT 42 peu êre implémené sous la forme d un module de surveillance exerne ou inégré avec du maériel e/ou du logiciel. Ce chapire décri nos ravaux de recherche dans le domaine du es en ligne des ssèmes inégrés digiaux analogiques e mixes. Commencés dans le groupe RIS de TIMA sous l impulsion de Michael ICOLAIDIS nos ravaux dans ce domaine se poursuiven désormais dans le groupe RMS noammen dans le cadre des projes européens MEDEA+ TechnoDa 43 2001-2004 e MEDEA+ anotes dans lesquels la paricipaion du laboraoire TIMA a éé mise en place par Salvador MIR. Avan de renrer dans la présenaion de nos ravaux une descripion rapide du processus de snhèse auomaique des ssèmes inégrés nous semble uile. Le bu es de siuer nos ravaux dans ce processus afin d en facilier la compréhension. 3.1 Snhèse auomaique e conraines spécifiques de ssèmes complexes Un ssème numérique peu êre représené à plusieurs niveaux d'absracion. La différence enre ces niveaux réside dans la quanié de l'informaion conenue dans la descripion. Le premier niveau d'absracion es le niveau ssème le comporemen du ssème es décri sans se soucier des déails de sa réalisaion srucurelle. On parle aussi de niveau comporemenal. A ce niveau le ssème numérique se représene sous forme de processus communican. Le deuxième niveau es le niveau de ransfer de regisre RTL où le ssème se représene sous forme d'uniés foncionnelles e uniés de mémoire inerconnecées par des bus e des muliplexeurs. Le niveau suivan es le niveau pore logique où le ssème es un réseau de pores logiques de bascules e de regisres. Le dernier niveau de descripion es le niveau phsique ; le circui es représené par sa réalisaion maérielle au niveau laou 44 ou par sa représenaion au niveau circui par un réseau de ransisors. La snhèse es définie comme une séquence de raffinemens successifs visan à ransformer un comporemen spécifié dans un langage maériel en une lise de pores ou d opéraeurs numériques inerconnecés [75]. Elle consise à réaliser en maériel la foncionnalié demandée ou en saisfaisan à un ensemble de conraines qui déerminen les caracérisiques de l'implémenaion sous forme de limies : sur la surface la viesse la consommaion la esabilié... Chaque éape de snhèse perme d affiner la granularié de la descripion du circui e ceci au dérimen de sa complexié. Un niveau de snhèse es consiué de plusieurs éapes consécuives. La descripion finale prend la forme d un dessin des plans de masques définissan la opologie du circui. On disingue principalemen deux niveaux de snhèse : la snhèse de hau niveau e la snhèse de bas niveau. 42 OnLine Tesing 43 Technolog-Driven Design and Tes for Ssem Innovaion On Silicon 44 Dessin de masques -37-
3.1.1 Snhèse de hau niveau HLS 45 Aussi appelée snhèse comporemenale la snhèse de hau niveau es une séquence de âches qui ransformen une descripion comporemenale de pe algorihmique en une descripion plus déaillée appelée descripion au niveau RTL 46 niveau ransfer de regisre. Elle accepe comme enrée des spécificaions comporemenales e comprend les âches servan à ransformer une descripion du niveau comporemenal au niveau RTL [58 60 63]. Cee dernière descripion donne les deux principales composanes forman un circui à savoir l unié de raiemen e l unié de conrôle. L unié de raiemen appelée aussi chemin de données conien les uniés foncionnelles e les regisres. L unié de conrôle déermine à chaque ccle d horloge quelles opéraions du graphe de flo de données ou de conrôle doiven êre exécuées e par quelles uniés foncionnelles. Les âches du processus de la snhèse de hau niveau peuven êre énumérées de la manière suivane : Compilaion : La descripion d enrée d un ouil de snhèse comporemenale décri la foncionnalié d un circui à concevoir. En général c es une descripion algorihmique du comporemen du circui qui ne conien aucune informaion ni sur sa srucure ni sur la façon don il sera réalisé. La première âche dans le processus de snhèse consise à compiler cee descripion algorihmique du ssème en une représenaion inermédiaire/inerne qui a souven la forme d un graphe opologique el que le graphe de flo de données DFG 47 e le graphe de flo de conrôle CFG 48 qui serviron comme modèle d enrée à l éape d ordonnancemen. Le résula de cee éape influence foremen les performances e le coû du résula final. Il es rès imporan de noer que plusieurs DFG équivalenes peuven résuler de la compilaion d une même descripion comporemenale iniiale. ous exploierons de façon bénéfique cee propriéé afin d améliorer la soluion de es en ligne semi-concurren. Ordonnancemen : L objecif de cee âche es de déerminer un ordre saique d exécuion des opéraions du graphe de flo de données ou du graphe de flo de conrôle par les uniés foncionnelles disponibles. L ordonnancemen consise en l'affecaion des opéraions du graphe produi par la compilaion à des pas de conrôle. Cee affecaion doi respecer plusieurs conraines en pariculier les dépendances de données e de conrôle inhérenes à la spécificaion iniiale. A cee éape la descripion es consiuée de deux paries la première parie représene le chemin de données sous forme d'un DFG e la deuxième parie représene le conrôle nécessaire pour enchaîner une séquence d'opéraions qui réalisen le calcul demandé sous forme de machine à éas finis FSM 49. Allocaion : Cee âche consise à assigner des uniés foncionnelles sélecionnées dans une bibliohèque d'élémens aux opéraions e à affecer des regisres e élémens mémoires aux variables. La procédure d allocaion se fai généralemen en cinq éapes : Sélecion du pe d'unié foncionnelle. Déerminaion du nombre d'uniés foncionnelles e regisres nécessaires. Assignaion des uniés foncionnelles aux opéraions de la descripion iniiale. Assignaion des regisres aux variables de la descripion iniiale. Allocaion des élémens de rouage de données muliplexeurs e/ou bus. Allocaion des bus aux ransfers de données : L objecif de cee âche es d éablir les inerconnexions enre les uniés foncionnelles uniés arihméiques e logiques e les regisres afin de former un chemin de données comple. Le principal crière d opimisaion dans cee âche es la minimisaion du nombre de connexions e de muliplexeurs. Généraion du conrôleur : Une fois le chemin de données déerminé il fau générer la parie conrôle qui es responsable du chaînage des séquences d'opéraions nécessaires à la réalisaion du foncionnemen. Le conrôleur gère l ordonnancemen des signaux du chemin de données à commander 45 High Level Snhesis 46 Regiser Transfer Level 47 Daa Flow Graph 48 Conrol Flow Graph 49 Finie Sae Machine -38-
afin d aciver les ransfers de données correspondan à la spécificaion iniiale. Le conrôle peu êre snhéisé sous forme de microprogramme le plus souven décri par une machine à éas finis e une logique de conrôle. Chaque éa de cee machine es associé à une éape de conrôle fixée par l ordonnancemen. La logique de conrôle posiionne des signaux de conrôle des eniés maérielles assignées afin d effecuer les opéraions. Enfin le chemin de données peu communiquer avec le conrôleur à ravers les signaux de compe rendu d exécuion. On obien direcemen la descripion srucurelle du conrôleur par snhèse logique de la descripion comporemenale de pe machine d éas. 3.1.2 Snhèse de bas niveau La snhèse de bas niveau se décompose en deux éapes : la snhèse logique e le laou. La snhèse logique consise à obenir auomaiquemen une descripion srucurelle d'un bloc combinaoire réalisan les foncions de manière opimisée pour la cible echnologique considérée à parir d'une bibliohèque de foncions booléennes. La snhèse logique a éé d'abord définie pour les cellules sandard. Les echniques de snhèse on éé récemmen éendues aux circuis programmables. Acuellemen les ouils de snhèse logique modernes son capables de cibler plusieurs echnologies de façon efficace. Le laou es consiué de dessins de masques servan à la réalisaion effecive du ssème. La Figure 3.1 résume l enchaînemen des éapes dans le processus de snhèse auomaique des circuis modernes. HLS Spécificaion Modèle comporemenal Opimisaion du modèle comporemenal Bibliohèque de composans Snhèse de hau niveau HLS - compilaion - ordonnancemen - allocaion - snhèse de conrôleur Conraines - surface - performance - esabilié iveau RTL Chemin de données Chemin de conrôle LLS Snhèse de bas niveau LLS - snhèse logique - laou Dessins de masques Figure 3.1 Snhèse auomaique de ssèmes inégrés 3.1.3 Siuaion de nos ravaux par rappor au processus de snhèse Par rappor à ce processus nos ravaux anérieurs 50 on poré sur l évaluaion de la esabilié aléaoire des ssèmes combinaoires représenés au niveau de pores logiques ; le niveau de snhèse concerné es donc le bas niveau. Au conraire nos invesigaions acuelles se siuen pour l esseniel dans la parie haue du processus de snhèse des ssèmes embarqués allan de la spécificaion comporemenale au niveau RTL. Ainsi les soluions que nous proposons pour l inégraion du es en ligne enraînen des 50 Effecués dans le cadre de nore hèse de docora -39-
modificaions plus ou moins imporanes d une ou de plusieurs éapes du flo de snhèse de hau niveau comme l indique le Tableau 3.1. Tableau 3.1 os méhodes de es par rappor au processus de snhèse Méhode de es hors ligne - snhèse logique Snhèse de bas niveau LLS Tes en ligne nonconcurren Opimisaion du modèle comporemenal iveau RTL Méhode de es en ligne Tes en ligne semiconcurren Snhèse de hau niveau HLS - Compilaion - ordonnancemen - allocaion - snhèse de conrôleur Snhèse de hau niveau HLS Tes en ligne concurren Spécificaion Modèle comporemenal Conrairemen à nos ravaux anérieurs hèse de docora se rapporan à une descripion srucurelle du circui nos invesigaions de recherche acuelles posen la problémaique du es au niveau ssème. ore souci es davanage poré sur une vérificaion de la perinence du ssème ou d une composane par rappor à sa descripion comporemenale qui nous ser de référence. ous nous inéressons beaucoup moins à l implémenaion srucurelle inerne qui es sensée réaliser le comporemen aendu. En bref nous considérons le ssème ou la composane sous es comme une boîe noire don on dispose uniquemen de la descripion comporemenale. 3.1.4 Les conraines spécifiques de ssèmes inégrés Les faues qui affecen le ssème en exploiaion son souven classifiées suivan la durée de leurs effes on disingue : les faues permanenes qui persisen indéfinimen an que les acions correcives permean leur éliminaion ne son pas effecuées. La plupar des faues de ce pe résulen des défaus résiduels de concepion e de fabricaion qui on jusqu ici échappé aux différens ess. Les aures inerviennen souven lors de changemens de phase d opéraions elles que la mise en roue e l arrê ; ils peuven aussi survenir à la suie d une perurbaion environnemenale caasrophique elle qu un choc dû à une collision. les faues inermienes qui apparaissen disparaissen e réapparaissen de façon répéiive. Bien qu elles soien rès imprévisibles leurs effes son foremen corrélés. En présence de faues inermienes le ssème foncionne correcemen la plupar de emps e ombe en panne sous ceraines condiions apiques. les faues ransioires apparaissen e disparaissen rapidemen e ne son pas corrélées les unes e aux aures. Elles son rès souven générées par des perurbaions environnemenales aléaoires. Quare paramères imporans son à prendre en compe lors de la concepion d un module inégré de es en ligne : Couverure d erreur : c es la proporion souven exprimée en pourcenage d erreurs déecables parmi la oalié des erreurs modélisées. Afin de minimiser la probabilié de panne les ssèmes criiques e de haue fiabilié requièren une fore couverure d erreurs. La laence d erreur : c es la durée qui sépare l insan où l erreur devien acive pour la première fois de l insan où elle es déecée pour la première fois. La laence de faue es une noion liée à la laence d erreur ; elle es définie par la durée qui sépare l insan d occurrence de la faue de l insan où elle es déecée pour la première fois. Ainsi la laence d une faue es supérieure ou égale à la laence de l erreur qu elle engendre. La laence de faue es rès facile à mesurer e nous avons choisi de la considérer pluô que la laence d erreur don l esimaion es plus délicae. -40-
Circuierie supplémenaire : c es le maériel supplémenaire requis pour implémener le es en ligne. La plupar des applicaions de ssèmes embarquées n auorisen pas une circuierie supplémenaire excessive. Dégradaion des performances : l inégraion du es en ligne enraîne une dégradaion des performances nominales noammen de la viesse du ssème embarqué qu il es imporan d évaluer e de maîriser. Dans ceraines applicaions la dégradaion des performances peu êre un faceur don la criicié es supérieure à la circuierie supplémenaire. Un module de es en ligne idéal devrai avoir une couverure de faue de 100% une laence d erreur d une période d horloge ne nécessierai aucune circuierie supplémenaire e n enraînerai aucune dégradaion des performances. Malheureusemen ce module idéal n exise pas. Une fore couverure d erreur nécessiera forcémen une laence d erreur e une circuierie supplémenaire imporane. De même un module capable de déecer oue erreur dès son occurrence es forcémen complexe à mere en œuvre e requier une circuierie imporane pour son implémenaion. Les quare conraines à considérer n éan pas oujours compaibles nous avons recherché un compromis suffisammen flexible pour s adaper à des applicaions diverses. Afin de couvrir ous les pes de faues opéraionnelles décris ci-dessus nous avons développé rois echniques de es : le es en ligne non-concurren semi-concurren e concurren. Le es non-concurren consise à appliquer les simuli de es aux composans pendan leurs emps oisifs où ils ne son pas solliciés par la foncion nominale. Le es semi-concurren es un es de vérificaion qui consise à prouver les séquences d opéraions récemmen exécuées. Le es en ligne concurren consise à surveiller de façon coninue le ssème parallèlemen à son foncionnemen nominal. 3.2 Tes en ligne non-concurren Le es en ligne non-concurren ressemble beaucoup aux ess classiques de fabricaion. Les ess de ce pe peuven êre appliqués en ligne à condiion que les ressources de es nécessaires soien disponibles e adapées à une applicaion en exploiaion. Plus précisémen la parie maérielle d un ssème embarqué es généralemen pariionnée en composanes foncionnelles elles que les mémoires les uniés foncionnelles bus de données soumises chacune à un es spécifique le plus souven inégré suscepible de s exécuer indépendammen. L obje du es en ligne non-concurren es de permere l exécuion du es sur des composanes maérielles du ssème à des momens déerminés de sore que le foncionnemen nominal du ssème ne soi pas perurbé. Le es en ligne non-concurren vise principalemen la déecion de faues permanenes. Il peu êre à déclenchemen évènemeniel sporadique ou emporel périodique. Lorsqu il es à déclenchemen évènemeniel le es de chaque composane du ssème es iniialisé e lancé dès l occurrence des évènemens clefs ou lors de changemens d éas els que la mise en marche e l arrê. Dans ce domaine nos ravaux concernen esseniellemen le mode de déclenchemen emporel pour lequel le es de chaque composane es exécué à des insans préalablemen déerminés dans le ccle de foncionnemen du ssème. Ce mode de es déece les faues permanenes en appliquan souven le même pe de es que celui qui es uilisé dans le cas des ess sporadiques. Le es périodique es spécialemen uile pour les ssèmes don la période de ccle es supérieure au emps oal nécessaire à l exécuion des opéraions requises pour la généraion des sories. Le es périodique a aussi une bonne efficacié pour la déecion des faues inermienes. Ces faues se comporen comme des faues permanenes sur de coures périodes. Faue de disposer de ou le emps nécessaire à l applicaion d une séquence de es complèe dans chaque période de foncionnemen les ess à déclenchemen emporel son souven pariionnés en plusieurs morceaux don la aille perme l applicaion dans chaque période de foncionnemen. 3.2.1 Principe de la méhode Dans le cadre des ravaux de hèse de Mouhamad Aman AAL [64] nous avons développé une méhode de es en-ligne non-concurren basée sur l exploiaion des redondances emporelles qui -41-
exisen dans le ssème afin d appliquer une séquence de es périodique aux uniés foncionnelles du ssème. La echnique consise à appliquer des veceurs de es aux uniés foncionnelles pendan leurs emps oisifs. L'unié de es inégré assure l'applicaion d'un es comple sous forme d'une séquence de es prédéerminée. Ces veceurs son générés e appliqués dans un ordre déerminé. A chaque pas de conrôle conenan un emps oisif une opéraion de es es ordonnancée. Comme l indique la Figure 3.2 la période de foncionnemen d un ssème es consiuée de deux paries : une phase acive dans laquelle le ssème doi raier un échanillon afin de produire les sories correspondan à la période une phase de dormance en absence de chemin criique qui inervien lorsque ous les raiemens son erminés e le ssème es en aene du déclenchemen de la prochaine période de raiemen. F=a 0 b 0 + a 1 b 1 + a 2 b 2 a 0 b a 1 b 1 0 a 2 b 2 1 + i1 I Mul =2 Crl Mul1 Add1 1 1 + es Phase acive T s Phase de dormance 2 3 + 1 + 2 F + i1 i1 + i1 i1 + i1 i1 + i1 i1 I Add =1 I crl =4 2 2 + es 3 3 + 1 4 es + 2 5 es + es 6 es + es 7 es + es + i1 i1 8 es + es a b Figure 3.2 Elémens de base d évaluaion de la laence de faue : a DFG ordonnancé b able d allocaion Par ailleurs il es rare qu une unié foncionnelle soi solliciée dans ous les pas de conrôle qui consiuen la phase acive. Une unié foncionnelle a généralemen des emps oisifs qui son localisés aussi bien dans les pas de conrôle de la phase acive lorsque l unié foncionnelle concernée n es pas impliquée dans les raiemens en cours que dans les phases de dormance du ssème Figure 3.2. Dans la phase acive du ssème chaque unié foncionnelle peu êre solliciée pendan ses emps oisifs le BIST qui le concerne es réacivé permean l applicaion e l analse de réponse d un ou de plusieurs veceurs de es. Dès que l unié foncionnelle es à nouveau solliciée pour une opéraion nominale le BIST es désacivé après mémorisaion du prochain veceur à appliquer dans la séquence de es. La séquence complèe de es es ainsi appliquée en plusieurs périodes successives ou non. En supposan que la séquence de veceurs de es appliquée garani une couverure de faue oale la laence de faue correspond au emps nécessaire pour l'applicaion d une séquence de es complèe. Dans le conexe du es non-concurren la esabilié en ligne du ssème exprimée en laence de faue es ici mesurée par le nombre de périodes de foncionnemen nécessaires pour l applicaion d une séquence de es complèe garanissan une couverure oale. L Equaion 3.1 donne une évaluaion héorique de L fui pour une unié foncionnelle fu i : Ls i L fui = Ts 3.1 I crl + I fui où Ls i es la longueur de la séquence requise pour garanir une couverure des faues fixée e comme l illusre la Figure 3.2 T s I crl I fui représenen respecivemen la période foncionnelle le nombre de pas dans la phase de dormance e le nombre de pas oisifs de l unié foncionnelle fu i dans la phase acive. -42-
Si L spec es la laence de faue maximale accepable fixée par la spécificaion la méhode nonconcurrene ne peu êre reenue pour la mise en œuvre du es en ligne que si L fui < L spec quelle que soi l unié foncionnelle fu i Dans le processus de snhèse des ssèmes embarqués décris au paragraphe 3.1 les opéraions de es en ligne non-concurren son insérées au niveau ordonnancemen. Dans un premier emps la durée de la phase de dormance es évaluée en erme de nombre de pas de conrôle disponibles. Pour chaque unié foncionnelle FU 51 le nombre de pas oisifs dans la phase acive es évalué e la laence de faues correspondane déduie. Les opéraions de es en ligne non-concurren son insérées dans l'inervalle oisif de FU uniquemen si la laence ainsi calculée respece les spécificaions imposées par les conraines de es en ligne. Dans le cas conraire on peu soi diviser le ssème en sous ssèmes plus faciles à eser soi augmener le nombre des uniés foncionnelles les moins esables afin de libérer des emps oisifs requis pour l applicaion du es soi enfin essaer une aure méhode de es en ligne. 3.2.2 Evaluaion Comme l indique la Figure 3.3 a le circui de es en ligne se compose de deux paries : la première assure la généraion e l'applicaion des veceurs de es la deuxième se charge du codage de la réponse e de l'analse de la signaure. La séquence de es appliquée peu êre générée par n'impore quel ouil de généraion de es. ous avons uilisé l ouil Design Analzer de SYOPSYS comme moen de généraion de es. A l aide de ce ouil nous avons évalué le coû d implémenaion du BIST nécessaire pour le es en ligne non-concurren des uniés foncionnelles couranes. Le généraeur de es TG 52 e l analseur de signaure RCSA 53 on éé conçus e snhéisés par l'ouil Design Analzer de SYOPSYS pour l'addiionneur e pour le muliplieur. Les Figures 3.3 b e c représenen l évaluaion du coû en surface e du délai pour le circui de es par rappor aux addiionneurs e muliplieurs. Les uniés foncionnelles e les uniés de es en-ligne son d abord décries en vhdl comporemenal puis snhéisées avec l'ouil Design Analzer. Les coûs en surface e en délai son enfin esimés par l'ouil pour chaque largeur en bi. Les résulas des Figures 3.3 b e c monren que le coû en surface e en délai de mise en œuvre du es en ligne non-concurren es rès raisonnable sur les uniés foncionnelles complexes elles que les muliplieurs. Ce coû en surface devien prohibiif pour les uniés foncionnelles simples elles que les addiionneurs. a b c Figure 3.3 Esimaion du coû de BIST sur les uniés foncionnelles : a Archiecure du BIST pour le es non-concurren de FU b Evaluaion du coû de BIST en surface e en performances pour un addiionneur c Evaluaion du coû de BIST en surface e en performances pour un muliplieur 51 Funcional Uni 52 Tes Generaor 53 Response Compacion and Signaure Analzer -43-
3.2.3 Applicaion ous avons éudié l efficacié de la méhode de es en ligne non-concurren sur divers circuis digiaux don les filres digiaux. La Figure 3.4 a monre le chemin de données e le chemin de conrôle d un filre à réponse impulsionnelle finie FIR 54. Ce filre es implémené avec un addiionneur e un muliplieur de 32 bis équipé chacun de modules de es non-concurren. Les Figures 3.4 b e c monren l efficacié de cee echnique de es en ligne. Elles indiquen que la faue es déecée dès son occurrence dans le DUT garanissan ainsi une laence de faue rès faible. Toues les faues de collage logique sur les enrées e les sories des uniés foncionnelles on éé ainsi déecées avec une laence de 1 ou 2 ccles de raiemen. Les figures 3.4 b e c monren bien que les faues injecées son immédiaemen déecées indépendammen du fai qu elles son observables sur les sories du ssème Figure 3.4 b ou non Figure 3.4 c. Ainsi comme l indique la Figure 3.4 c l efficacié de la déecion es vérifiée même lorsque les effes de la faue ne son pas observables sur les sories nominales du circui sous es. b a Figure 3.4 Déecion en ligne non-concurrene : a Implémenaion du filre avec es non-concurren du muliplieur b La faue affece les sories du ssème c la faue n affece pas les sories du ssème 3.3 Tes en ligne semi-concurren La méhode de es en-ligne non-concurren exposée dans le chapire précéden es bien adapée aux ssèmes disposan d une période de dormance suffisammen imporane pour garanir une laence de faue accepable. Lorsque les emps oisifs disponibles son insuffisans d aures méhodes de es en ligne peuven êre envisagées. ous avons développé une méhode de es semi-concurren pariculièremen adapée aux applicaions dans lesquelles peu de emps oisifs son disponibles. Une jusificaion raionnelle de cee approche es la rareé des occurrences de faues dans les semiconduceurs en opéraion. Hormis le cas d environnemens opéraoires exrêmemen sévères la rareé des défaus apparaissan dans la phase opéraive auorise l applicaion d une procédure de vérificaion qui au lieu d êre appliquée de façon coninue à chaque iéraion du ssème es exécuée périodiquemen oues les iéraions. L enier naurel es défini en conformié avec la criicié de l applicaion e la disribuion saisique des occurrences de faues. Le flo de données nominales d enrée peu êre considéré comme une séquence de es aléaoire de couverure de faues accepable. Une echnique similaire a éé d abord uilisée [25 e 38] pour des archiecures régulières dans lesquelles un nombre limié d uniés foncionnelles redondanes dupliquen périodiquemen les opéraions des uniés foncionnelles nominales afin de déecer e de localiser les faues. De même que dans le cas du c 54 Finie Impulse Response -44-
es concurren les signaux d enrée foncionnels du ssème serven de simuli de es du es. Ainsi la laence de faue observée n es plus une caracérisique du eseur seul car elle dépend aussi de la capacié des signaux d enrée foncionnels à excier e à révéler les faues exisanes. Les résulas obenus par cee approche offren un bon compromis enre le coû exprimé en erme de surface redondane e d efficacié liée à la laence de faue. Les echniques de es en ligne semi-concurren que nous proposons son applicables sur ous les ASICs décris. Aucune resricion pariculière n es faie sur la naure d opéraions exécuées. La périodicié des vérificaions es définie par le rappor enre le nombre de pas de conrôle qui séparen deux vérificaions consécuives e le nombre de pas de conrôle requis dans l ordonnancemen nominal. La finalié de nore conribuion peu êre résumée comme sui : pour un ordonnancemen e une allocaion nominaux du graphe de flo de données e pour une périodicié des vérificaions fixée snhéiser un chemin de données modifié qui inègre une auo vérificaion semi-concurrene en minimisan les redondances maérielles en erme d uniés foncionnelles redondanes avec un risque de masquage de faues minimal. Par rappor au processus de snhèse auomaique des ssèmes inégrés décri dans le paragraphe 3.1 nore approche du es en ligne semi-concurren es inroduie dès les âches d ordonnancemen e d allocaion du processus de snhèse de hau niveau. Une innovaion imporane de nore conribuion es d inroduire une sraégie de es en ligne dans un environnemen de snhèse de hau niveau avec une implémenaion qui requier beaucoup moins de redondances maérielles que les echniques convenionnelles de duplicaion complèe suivie d une comparaison. Les ressources maérielles disponibles son réuilisées auan que possible dans la foncion de vérificaion sans alérer de la capacié d auo déecion. ous monrons que cee echnique peu êre uilisée efficacemen dans la snhèse de hau niveau. En pariculier nous ne proposons ni une nouvelle méhode d ordonnancemen ni une nouvelle echnique d allocaion. D aure par nore méhode ne vise pas un algorihme pariculier d ordonnancemen e d allocaion car les conceps inroduis peuven êre incorporés quel que soi l algorihme uilisé. La circuierie supplémenaire requise pour l implémenaion du es en ligne semi-concurren es oujours rès faible comparée à la echnique convenionnelle de duplicaion e de comparaison souven uilisée dans la liéraure. Les résulas de ces ravaux on fai l obje de communicaions [66 64]. 3.3.1 Principe de la méhode ous désignons par archiecure nominale l archiecure qui implémene le chemin de données nominal sans aucune capacié de es en ligne. L ordonnancemen e l allocaion de l archiecure nominale son fournis par un algorihme d ordonnancemen quelconque en opimisan les conraines de coû e de performances. ous reenons la laence d erreur comme principal faceur de mesure de qualié de la soluion archiecurale reenue pour le ssème auo-surveillé incorporan le es en ligne semiconcurren. ous supposons que le nombre de pas de conrôle requis pour l exécuion de l archiecure nominale coïncide avec la longueur du chemin criique. oons que cee hpohèse ne consiue absolumen pas une limiaion pour nore approche. Au conraire elle impose une conraine imporane qui es celle de ravailler dans les condiions limies. Si τ es la durée du ccle d horloge alors la durée d une période de l archiecure nominale es : L = τ 3.2 Pour illusrer cee méhode considérons l'ordonnancemen qui implémene les équaions différenielles suivanes : u' = u + 3xu. dx + 3. dx ' = + u. dx x' = x + dx La Figure 3.5 représene l ordonnancemen e l allocaion de l archiecure nominale du ssème. A chaque pas de conrôle les opéraeurs oisifs disponibles son représenés à la marge. -45-
u =u+3xu.dx +3.dx =+u.dx u x #3 dx =x+dx 1 2 #3 x dx + i1 + i2 Crl Mul1 Mul2 Add1 Add2 u 3 dx 4 u dx + 1 + i2 1 1 2 idle idle 2 3 4 + 1 idle + 2 5 6 + i1 3 5 6 idle + 2 + 3 + 4 i1 i2 4 idle idle + 3 + 4 u a x b Figure 3.5 Implémenaion nominale des équaions différenielles avec 2 muliplieurs e 2 addiionneurs : a DFG ordonnancé b allocaion des ressources. L archiecure globale auo-esable es obenue en associan à l archiecure nominale iniiale du ssème une archiecure indépendane de vérificaion qui s exécue parallèlemen à l archiecure nominale. Le principe de foncionnemen de l ensemble es le suivan : i Au débu du ccle de vérificaion le même veceur de données d enrée données foncionnelles es appliqué sur l archiecure nominale foncionnelle e sur l archiecure de vérificaion. Les deux archiecures opèren indépendammen e au bou de pas de conrôle l archiecure nominale reçoi un nouveau veceur d enrée e recommence le ccle de raiemen. Les sories primaires produies par l archiecure nominale à la suie du raiemen des données en vérificaion son socées dans les regisres jusqu à ce que les sories correspondanes soien produies sur l archiecure de vérificaion. Dès la fin du ccle de l archiecure de vérificaion la comparaison es effecuée avec le conenu des regisres de socage qui son aussiô libérés. ii Si checing es le nombre de pas de conrôle nécessaires à la comparaison la vérificaion complèe es accomplie au bou de c + checing pas de conrôle c éan le nombre oal de pas de conrôle requis pour implémener le DFG de vérificaion. Le signal erreur es acivé si une différence es déecée ; dans le cas conraire les deux archiecures son déclarées sans faue. Au bou de P iéraions du ccle de l archiecure nominale les deux archiecures reçoiven un jeu de données d enrée qui consiue le nouveau veceur de es e l éape i es répéée. Comme l indique le graphe d ordonnancemen de la Figure 3.6 e le ableau d allocaion correspondan les deux archiecures ne paragen aucune ressource. Ainsi sous l hpohèse de faue unique si les deux archiecures produisen des résulas ideniques on peu conclure sans risque que les opéraions sur les deux archiecures se son effecuées sans erreur. Les deux seules possibiliés envisageables dans ce cas son les suivanes : - aucune faue n affece le ssème - les faues qui affecen le ssème ne son pas exciées par le jeu de données nominal appliqué sur les enrées du ssème. Auremen di aucun masquage d erreur par lequel un résula affecé d erreur es déclaré bon n es possible. Par consrucion on s arrange de sore que la conraine relaive à la périodicié des vérificaions soi saisfaie. Le nombre oal de ressources nécessaires en erme d uniés foncionnelles requises es donné par la somme de ressources dans les archiecures nominale e de vérificaion. Si un chemin de données de coû minimal es reenu dans l archiecure de vérificaion comme dans l exemple de la Figure 3.6 pour chaque pe d unié foncionnelle présen dans le chemin de données nominal une seule unié foncionnelle supplémenaire es requise dans l archiecure de vérificaion. On évalue grossièremen la complexié de la machine à éa fini FSM nécessaire pour l implémenaion du conrôleur du ssème esable en ligne à celle d une FSM de c + checing éas. -46-
u =u+3xu.dx +3.dx =+u.dx x =x+dx u x #3 dx u =u+3xu.dx +3.dx =+u.dx x =x+dx u x 1 2 #3 x dx c1 #3 dx Ccle1 Ccle2 u u + 2 1 3 3 + 3 u x #3 dx u 2 dx 5 dx #3 4 4 u dx + 1 6 + 4 x x dx u dx + 1 u c3 c2 + c2 c4 dx c5 #3 u dx c6 + c4 x + c1 dx + 2 5 6 + c3 u x + 3 + 4 checing checing checing u x Figure 3.6 Ordonnancemen sans parage de ressources Tableau 3.2 Allocaion sans parage de ressources 2+1 muliplieurs e 2+1 addiionneurs Crl Mul1 Mul2 Add1 Add2 Mul3 Add3 1 1 2 c1 2 3 4 + 1 c2 3 5 6 + 2 c3 4 + 3 + 4 c4 + c2 5 1 2 c6 + c1 6 3 4 + 1 c5 + c4 7 5 6 + 2 + c3 8 + 3 + 4 Dans le domaine du es en ligne semi-concurren nos ravaux on esseniellemen conribué à apporer des amélioraions significaives à cee echnique de base. Comme nous pouvons le consaer cee méhode requier une consommaion imporane de ressources ce qui indui un surcoû en surface de silicium relaivemen élevé. Or il es bien connu [58 60] que les ressources uilisées dans le chemin de données nominal son raremen simulanémen solliciées à chaque pas de conrôle. Sur la base de ce consa nous avons exploré la possibilié de réuiliser les uniés foncionnelles de l archiecure nominale dans l archiecure de vérificaion de sore à réduire le coû du chemin de données de vérificaion. L idée de base de cee amélioraion es de mere à profi les emps oisifs des ressources nominales dans l implémenaion de l archiecure de vérificaion. Il en résule un parage opimisé des ressources disponibles enre le chemin de données nominal e le chemin de données de vérificaion. La réuilisaion des ressources nominales dans l archiecure de vérificaion des ressources impose forcémen des conraines supplémenaires vis-à-vis du problème de masquage que nous préciserons. 3.3.2 Parage de ressources Les procédures d ordonnancemen e d allocaion son d abord appliquées au chemin de données nominal indépendammen de oue conraine de es. Dans un premier emps nous supposons que le concepeur choisi libremen le chemin de données nominal e les méhodes d ordonnancemen e -47-
d allocaion sans aucune resricion. Ainsi l ordonnancemen de l archiecure nominale ainsi que l allocaion des ressources associée son supposés figés e ne doiven pas changer lors de la consrucion e l implémenaion du chemin de données de vérificaion. La périodicié de surveillance T es la durée emporelle maximale qui doi séparer deux vérificaions successives. ous uilisons aussi la périodicié relaive P définie par : Où P = T L x représene la parie enière de x. Si P=0 T<L le ssème doi êre au préalable paragé en sous-ssèmes don les laences son chacune inférieure à T; afin que la echnique proposée puisse êre appliquée à chaque sous-ssème individuellemen. L archiecure de vérificaion indépendane es définie à parir du DFG nominal en implémenan le chemin de données de coû minimal compaible à la conraine de périodicié de surveillance P. Si la disribuion des défaillances le perme c'es-à-dire si T>>L le chemin de données de vérificaion peu êre conçu sans recourir à des uniés foncionnelles supplémenaires. Les uniés foncionnelles uilisées pour l implémenaion du chemin de données nominale son réuilisées dans l implémenaion du chemin de données de vérificaion. Lorsque la périodicié des vérificaions exigée es suffisammen grande l ordonnancemen e l allocaion du chemin de données de vérificaion son effecués en respecan les conraines de emps dicées par la périodicié des vérificaions en inroduisan le moins de ressources addiionnelles possibles. Chaque fois qu une ressource n es pas solliciée dans le chemin de données nominal elle devien disponible e peu êre uilisée dans l implémenaion du chemin de données de vérificaion à condiion que cee réuilisaion n induise pas de risque de masquage de faue induie par cee réuilisaion. Auremen l inroducion d une unié foncionnelle supplémenaire pour le chemin de données de vérificaion sera nécessaire. Pour minimiser le risque de masquage e le coû addiionnel un ensemble de condiions nécessaires son requises : i Pour évier des masquages d erreur oue opéraion du chemin de données nominal doi êre exécuée dans le chemin de données de vérificaion avec une unié foncionnelle différene de celle qui l a réalisée dans le DFG nominal. Cee condiion impose des resricions dans l ordonnancemen e l allocaion de l archiecure de vérificaion. ii il doi êre possible d ordonnancer le chemin de données de vérificaion en un nombre de ccles nominaux inférieur à périodicié imposée P. La condiion i assure qu il es possible d ordonnancer l archiecure de vérificaion avec un risque de masquage minimal. Quan à la condiion ii elle garani la possibilié qu un el ordonnancemen soi réalisable en un nombre de pas de conrôle fini respecan les conraines de périodicié de vérificaion imposées par la disribuion saisique des défaillances. Afin de respecer ces deux condiions des uniés foncionnelles supplémenaires seron obligaoires uniquemen dans les cas suivans : - une seule unié de ce pe es uilisée dans le chemin de données nominal vérificaion de la condiion i. - oues les uniés foncionnelles de ce pe son simulanémen solliciées à chaque pas de conrôle du chemin de données nominal vérificaion de la condiion ii. En dehors de ces cas pariculiers le recours à des ressources supplémenaires se jusifie uniquemen par la rapidié des ccles de vérificaion nécessaires pour respecer la périodicié maximale imposée P. Pour illusrer cee echnique nous l avons appliquée au DFG représené dans la Figure 3.5. La Figure 3.7 donne l ordonnancemen global du chemin de données nominal e du chemin de données de vérificaion. L allocaion des ressources correspondanes es représenée sur la première parie du Tableau 3.3. 3.3-48-
u =u+3xu.dx +3.dx =+u.dx x =x+dx u x #3 dx u =u+3xu.dx +3.dx =+u.dx x =x+dx 1 2 #3 x dx + i1 + i2 Ccle1 u + 2 3 dx 5 4 u 6 dx + 1 + i2 + i1 u x #3 dx + 3 + 4 i1 i2 c1 c2 u x u #3 dx x x dx 1 2 #3 x dx + i1 + i2 + c1 Ccle2 u + 2 3 d 5 4 u 6 dx + 1 + i2 + i1 #3 + 3 + 4 i1 i2 c3 c4 u x u #3 dx x u 1 2 #3 x dx + i1 + i2 + c2 Ccle3 Ccle4 u u u 3 + 2 dx 5 4 + 3 + 4 u dx + 1 6 u x x #3 dx 1 2 3 + 2 dx 5 #3 4 x dx u dx + 1 6 i1 + i1 + i2 + i1 i2 + i2 + i2 + i1 dx u dx c5 c6 + c3 + c4 u x checing checing checing + 3 + 4 i1 i2 u x Figure 3.7 DFG de archiecure esable en ligne avec parage de ressources Les pas de conrôle oisifs des uniés foncionnelles son représenés dans la marge cenrale du schéma d ordonnancemen Figure 3.7. Par rappor à l ordonnancemen iniial qui uilise deux muliplieurs e deux addiionneurs voir la Figure 3.5 on peu consaer que l ordonnancemen esable en ligne de la Figure 3.7 ne fai appel à aucune ressource supplémenaire. Les opéraions nécessaires à la vérificaion globale du calcul son oues ordonnancées dans les emps oisifs des uniés foncionnelles correspondanes. A conrario l archiecure esable en ligne sans parage -49-
de ressource Figure 3.6 pour laquelle seulemen deux ccles son nécessaires quare ccles nominaux seron requis pour l exécuion complèe du chemin de données de vérificaion. Ainsi cee soluion ne sera reenue que dans le cas où les conraines imposées auorisen une laence de faues P 4. Dans le cas conraire il sera nécessaire d inroduire des ressources supplémenaires ou d uiliser une version améliorée de cee méhode. On peu noer que l applicaion de cee méhode enraîne la duplicaion lorsque l allocaion du chemin de données nominal ne conien qu une seule unié foncionnelle de chaque pe. L uilisaion d un DGF différen dans le chemin de données de vérificaion nous perme de pallier ce inconvénien. 3.3.3 Uilisaion d un DFG dual dans l archiecure de vérificaion Dans le processus de snhèse de hau niveau la compilaion de la spécificaion comporemenale aboui généralemen à une soluion de DFG unique. Cependan plusieurs DFG de srucures différenes peuven implémener le même algorihme de descripion comporemenale. Cee muliplicié de soluions concurrenes nous a donné l idée d explorer la possibilié de réduire la nécessié de recours à des ressources supplémenaires dans l archiecure de vérificaion noammen dans le cas où cerains pes d unié foncionnelle ne son pas dédoublés dans l allocaion du DFG nominal. Ceci se fai en uilisan dans l archiecure de vérificaion non plus le même DFG uilisé dans l implémenaion de la foncion nominale mais une soluion duale judicieusemen sélecionnée. Le erme DFG dual désigne ici un graphe de flo de données qui implémene exacemen la même descripion comporemenale que le DFG nominal ou en aan une srucure différene. Le DFG nominal e le DFG dual son dis équivalens. Puisqu ils implémenen la même descripion comporemenale en absence de faue les signaux de sories aendus sur deux DFG son ideniques lorsque les mêmes données son appliquées sur leurs enrées. L uilisaion d un DFG dual dans l archiecure de vérificaion présene plusieurs avanages : - il n es plus nécessaire de recourir ssémaiquemen à une ressource supplémenaire dans l archiecure de vérificaion dès lors qu il exise une seule unié foncionnelle de ce pe dans l allocaion du chemin de données nominal. - en plus d une couverure d erreurs comparable à celle du cas précéden paragraphe 3.2.2 l uilisaion du DFG dual indui une possibilié d anicipaion d erreurs. Cee anicipaion correspond au cas où les enrées appliquées ne permeen pas d excier la faue sur le DFG nominal alors qu elle es exciée sur le chemin de données de vérificaion. Bien qu elle n affece pas la sorie la sorie nominale du ssème la faue es déecée par la différence de sorie des deux DFGs. La différence de srucures enre deux DFG équivalens es jusifiée par les propriéés individuelles e collecives des opéraions qui inerviennen dans la descripion comporemenale du ssème smérie associaivié disribuivié. Ces propriéés permeen de ransformer par facorisaion développemen la srucure l ensemble des équaions consiuan le DFG nominal en une sans que le résula aendu soi modifié. L équivalence au sens de l égalié des sories enre le DFG iniial e celui qui résule de la ransformaion n es garanie que si les propriéés uilisées lors dans cee ransformaion resen vérifiées. ore démarche es jusifiée par le pari suivan : La présence d une faue dans le ssème enraîne la violaion de l une au moins de ces propriéés pour les uniés affecées e infirme ainsi les condiions d équivalence enre le DFG nominal e le DFG dual. Ceci enraîne une différence qui es observable sur leurs sories respecives. Cee différence enraîne la déecion de la faue. Les résulas de simulaion présenés sur les Tableaux 3.4 3.3 e 3.6 nous donnen raison. Dans ces ableaux nous avons éudié quelques propriéés arihméiques qui peuven êre uilisées pour la ransformaion DFG nominal en DFG dual. Une seule unié foncionnelle de chaque pe es uilisée dans chaque cas les DFGs nominal e dual son implémenés avec les mêmes uniés foncionnelles. Chaque ableau correspond à une propriéé pariculière. Dans chaque cas nous avons simulé 5000 veceurs d enrée aléaoires e pour chaque faue injecée nous avons calculé : - le aux de déecion de la faue ρ faul : proporion des veceurs d enrée qui déecen la faue. -50-
- La laence moenne de faue calculée à parir du aux de déecion L faul =1/ρ faul en nombre de pas de conrôle - le aux de déecion d erreur ρ error : proporion des veceurs d enrée qui déecen l erreur engendrée par la faue. - La laence moenne d erreur calculée à parir du aux de déecion d erreur L error =1/ρ error en nombre de pas de conrôle Les résulas de simulaion présenés sur les Tableaux 3.4 3.5 e 3.6 indiquen une laence de faue rès faible 1.5 pas de conrôle en moenne e une laence d erreur quasimen égale à 1 pas de conrôle ce qui es ou simplemen excellen. Tableau 3.4 Exploiaion de la disribuivié de la muliplicaion par rappor à l addiion DGG nominal a b+c DGG dual a b+ a c a b 1 d + 1 c b d1 a + d1 d2 d c Bi Addiionneur SA0 sur bi de sorie Addiionneur SA0 sur bi de sorie ρ faul L faul ρ error L error ρ faul L faul ρ error L error 0 0.490 2.040 0.996 1.004 0.758 1.319 0.996 1.004 1 0.628 1.592 0.995 1.005 0.743 1.345 0.995 1.005 2 0.681 1.468 0.993 1.007 0.758 1.319 0.998 1.002 3 0.710 1.408 0.996 1.004 0.737 1.356 1 1 4 0.748 1.337 0.996 1.004 0.753 1.328 0.996 1.004 5 0.740 1.351 0.993 1.007 0.727 1.375 0.996 1.004 6 0.754 1.326 0.990 1.010 0.746 1.340 1 1 7 0.748 1.337 0.994 1.006 0.759 1.317 0.990 1.010 8 0.752 1.330 1 1 0.749 1.335 0.990 1.010 9 0.768 1.302 1 1 0.737 1.357 0.990 1.010 10 0.750 1.333 1 1 0.751 1.331 0.990 1.010 11 0.738 1.355 1 1 0.741 1.349 0.990 1.010 12 0.744 1.344 1 1 0.747 1.338 0.992 1.008 13 0.754 1.326 1 1 0.740 1.351 0.993 1.007 14 0.744 1.344 1 1 0.740 1.351 0.995 1.005 15 0.749 1.335 1 1 0.750 1.333 1 1 Tableau 3.5 Exploiaion de l associaivié de la muliplicaion a DGG nominal a b c b 2 d 1 c a DGG dual a b c d1 b d2 d c Bi Muliplieur SA0 sur bi de sorie Muliplieur SA0 sur bi de sorie ρ faul L faul ρ error L error ρ faul L faul ρ error L error 0 0.257 3.636 1 1 0.264 3.788 0.98 1.020 1 0.453 2.2.7 0.87 1.149 0.446 2.242 0.92 1.087 2 0.549 1.821 0.83 1.205 0.569 1.757 0.85 1.176 3 0.622 1.607 0.74 1.351 0.632 1.582 0.88 1.136 4 0.690 1.449 0.79 1.265 0.694 1.441 0.85 1.176 5 0.713 1.402 0.77 1.298 0.719 1.391 0.83 1.204 6 0.730 1.370 0.73 1.370 0.732 1.366 0.83 1.204 7 0.732 1.366 0.75 1.333 0.748 1.337 0.82 1.219 8 0.748 1.337 0.73 1.370 0.744 1.344 0.85 1.176 9 0.760 1.315 0.66 1.515 0.735 1.360 0.91 1.010 10 0.752 1.330 0.62 1.613 0.747 1.339 0.98 1.020 11 0.742 1.348 0.61 1.640 0.744 1.344 0.99 1.010 12 0.750 1.333 0.56 1.786 0.749 1.335 0.98 1.020 13 0.753 1.328 0.54 1.851 0.749 1.335 1 1 14 0.743 1.346 0.55 1.818 0.768 1.302 1 1 15 0.757 1.321 0.60 1.667 0.758 1.319 1 1-51-
Tableau 3.6 Exploiaion de l associaivié de l addiion DGG nominal a+b+c a b + 2 d + 1 c a DGG dual a+b+c + d1 b + d2 d c Bi Muliplieur SA0 sur bi de sorie Muliplieur SA0 sur bi de sorie ρ faul L faul ρ error L error ρ faul L faul ρ error L error 0 0.503 1.988 0.996 1.004 0.503 1.988 0.996 1.004 1 0.485 2.061 0.995 1.005 0.484 2.066 0.995 1.005 2 0.508 1.968 0.993 1.007 0.508 1.968 0.998 1.002 3 0.517 1.934 0.996 1.004 0.517 1.934 1 1 4 0.488 2.049 0.996 1.004 0.490 2.041 0.996 1.004 5 0.490 2.041 0.993 1.007 0.490 2.041 0.996 1.004 6 0.504 1.984 0.990 1.010 0.504 1.984 1 1 7 0.519 1.927 0.994 1.006 0.494 2.024 0.990 1.010 8 0.495 2.020 1 1 0.494 2.024 0.990 1.010 9 0.508 1.968 1 1 0.508 1.968 0.990 1.010 10 0.506 1.976 1 1 0.506 1.976 0.990 1.010 11 0.489 2.045 1 1 0.489 2.045 0.990 1.010 12 0.496 2.016 1 1 0.486 2.058 0.992 1.08 13 0.496 2.016 1 1 0.496 2.016 0.993 1.007 14 0.493 2.028 1 1 0.496 2.016 0.995 1.005 15 0.488 2.049 1 1 0.488 2.049 1 1 Pour le ssème don le chemin de données es défini dans la Figure 3.5. L uilisaion d un DFG dual sur perme comme l indique la Figure 3.8 d économiser deux uniés foncionnelles un muliplieur e un addiionneur par rappor à la soluion iniiale proposée dans la Figure 3.6. En plus par rappor à la soluion précédene Figure 3.7 nous économisons égalemen un ccle nominal dans la périodicié des vérificaions. Ainsi cee soluion pourra êre reenue dans le cas où les conraines de esabilié imposées par la spécificaion auorisen une laence faue P 3. La able d allocaion correspondane es représenée sur la deuxième parie du Tableau 3.3. Cee amélioraion es fondamenale car conrairemen au cas précéden son applicaion ne condui pas à la duplicaion lorsqu une seule unié foncionnelle de chaque pe es uilisée dans l ordonnancemen du chemin de données nominal. Cee echnique es noammen bien adapée au cas rès couran des ssèmes embarqués dans lesquels les programmes son exécués sur un seul processeur incorporé. L applicaion de la méhode consisera à consruire un programme dual équivalen du programme nominal qui es exécué dans les périodes où le processeur n es pas sollicié par le programme nominal. Tableau 3.3: Allocaion esable avec parage de ressources DFG nominal pour la vérificaion DFG dual pour la vérificaion Crl Mul1 Mul2 Add1 Add1 Mul1 Mul2 Add1 Add2 1 1 2 1 2 2 3 4 + 1 3 4 + 1 3 5 6 + 2 5 6 + 2 4 c2 c1 + 3 + 4 c2 c1 + 3 + 4 5 1 2 + c1 1 2 + c2 + c1 6 3 4 + 1 3 4 + 1 7 5 6 + 2 5 6 + 2 8 c4 c3 + 3 + 4 c4 c3 + 3 + 4 9 1 2 + c2 1 2 + c4 + c3 10 3 4 + 1 3 4 + 1 11 5 6 5 6 + 2 12 c6 c5 + 3 + 4 c2 c1 + 3 + 4 13 1 2 + c4 + c3 14 3 4 + 1 15 5 6 + 2 gain 16 c2 c1 + 3 + 4-52-
u =u-3xu.dx -3.dx =-u.dx x =x+dx u x #3 dx u =u-3xu.-.dx =-u.dx x =x+dx 1 2 #3 x dx + i1 + i2 u 3 dx 4 u dx + 1 + i2 + 2 5 6 + i1 u x #3 dx u x + 3 u #3 dx + 4 x i1 i2 c1 c2 x dx 1 2 #3 x dx + i1 + i2 + c1 + c2 u 3 dx 4 u dx + 1 + i2 + 2 5 6 + i1 u dx + 3 u u x #3 dx + 4 x i1 i2 u c3 c4 u 1 3 2 dx #3 4 u x dx + 1 dx + i1 + i2 + i2 + c3 + c4 u checing checing x checing + 2 5 6 + i1 + 3 u + 4 x i1 i2 Figure 3.8 Archiecure ordonnancée esable avec parage de ressource e uilisan un DFG dual 3.3.4 Mise en œuvre praique Un ouil logiciel don les fenêres de configuraions son représenées dans la Figure 3.9 a éé développé par Mouhamad Aman AAL dans le cadre de sa hèse de docora. Ce ouil inègre les echniques de es en ligne non-concurrenes e semi-concurrenes. Figure 3.9 Fenêres de configuraions de l ouil de es en ligne non-concurren e semi-concurren -53-
En collaboraion avec Mouhamad Aman AAL 55 e Salvador MIR nous avons éudié l applicaion des echniques de es en ligne dans les blocs de décimaion de converisseurs analogique/numérique Σ audio. Ce bloc es dédié au filrage du brui de quanificaion du signal binaire qui provien de l éape de modulaion à 5.6448 Mhz. Il ré-échanillonne le signal à la fréquence de quis 44.1hz avec une précision de 16 bis. ous avons éudié le es en ligne semi-concurren dans la première éape de ce bloc qui es consiué d un filre à réponse impulsionnelle finie FIR de pe CIC 56 don l équaion e les schémas de réalisaion son donnés dans la Figure 3.10 a. Le chemin de données de l implémenaion inégran le es en ligne semi-concurren es donné dans la Figure 3.10 b. T M L+ 1 L+ 1 1 1 z 1 sin c z = = L+ 1 1 1 L+ M 1 Z 1 Z M L+ 1 1 1 z 1 M Sample Filre CIC cl_sd U Mux Mux Add_B Add_A Add 1-z -M 3 1-z -1 M Add_S Add_S 1 1 1 z 1 1 1 z 1 1 1 z M 1-z -1 1-z -1 1-z -1 cl_sd lach Idle Mux Mux Add_B Add_A Add 32 5.6448 Mhz + + + 176.4 z -1 z -1 z -1 Khz z -1 + z -1 + z -1 + Add_S Error deecion signal a b Figure 3.10 Filre CIC d un converisseur Σ avec es en ligne semi-concurren : a modèle analique du filre e schémas de principe équivalens b chemin de données. La Figure 3.11 a donne le coû en erme de circuierie supplémenaire nécessaire e de dégradaion des performances viesse due à l inserion des opéraions de es en ligne semi-concurren pour les echnologies 0.6 0.35 e 0.18 µm. La vérificaion uilise la propriéé de disribuivié de la muliplicaion par rappor à l addiion. Afin de facilier l opéraion de muliplicaion le faceur muliplicaif es 2 2 A+B = 2 A+2 A ; ainsi la muliplicaion par deux dans la Figure 3.10 b es réduie à un simple décalage des valeurs des regisres ; la conreparie de cee simplicié es la nécessié de surdimensionner de 1bi les uniés foncionnelles e les regisres de socage. La Figure 3.11 b monre l efficacié de cee echnique pour la déecion en ligne de faues de collage logique. 55 Au erme de sa hèse de Docora Mouhamad Aman AAL a éé engagé pour un pos-doc de 3 mois dans l équipe RMS 56 Cascaded -Inegraor-Comb -54-
Technologie ADD MUX REG CIC ADD REG Circuis CIC Surcoû DFT DFT de DTF DFT % 0.6 Surface mm 2 198.0 63.5 78.1 432.3 207.1 81.51 31.11 482.9 11.7 µm Délai ns 17.6 0.52 1.26 18.86 17.82 1.26 1.44 20.52 8.8 0.35 surface µm 2 12142 6921 11827 47624 12675 12360 4713 54470 14.38 µm délains 13.77 0.40 1.05 14.82 14.37 1.05 1.2 16.62 12.15 0.18 Surface µm 2 1568 630 1278 5402 1638 1335 487 6130 13.48 µm délains 7.25 0.27 0.49 7.74 7.54 0.49 0.56 8.59 10.98 a b Figure 3.11 Tes en ligne semi-concurren du filre CIC : a Evaluaion du surcoû dû à l inserion du es en ligne semi-concurren b Exemple de déecion en ligne de faues par le es en ligne semiconcurren 3.4 Tes en ligne concurren La concepion des circuis desinés à des applicaions criiques a progressivemen oriené les invesigaions de recherche vers les domaines de es en ligne concurren e de olérance aux faues. Le problème de la concepion de ssèmes de es en ligne concurren peu se formuler comme sui : en uilisan les signaux disponibles dans un ssème en foncionnemen e la connaissance que l on a du ssème il s agi de produire en emps réel les meilleures décisions possibles relaives à l éa présence ou absence de faues du ssème. Le module de déecion à concevoir uilise comme enrée aussi bien des données mesurables que des paramères connus sur le ssème els que les signaux d enrée e de sorie ainsi que les valeurs nominales des paramères. Le es concurren es bien adapé aux ssèmes qui raien des données coninues e qui ne peuven pas se sousraire de l applicaion nominale afin d êre soumis à une séquence de es non-concurren. Le foncionnemen nominal es caracérisé par un ensemble de connaissances disponibles sur le ssème. Les connaissances uilisées se siuen à différens niveaux dans la hiérarchie épisémologique des ssèmes. Pour la surveillance en ligne on disingue deux formes de connaissances disponibles sur le ssème : Les connaissances qui son consiuées d un ensemble de résulas expérimenaux sur les évoluions des signaux e les éas de foncionnemen ou de dsfoncionnemen du ssème. On parle de méhodes sans modèle. Le es concurren consise alors à concevoir des algorihmes qui analsen les signaux produis par le ssème sous es afin de reconnaîre par inducion le pe de foncionnemen don ils son vraisemblablemen issus. Les echniques de es en ligne paramérique el que le IDDQ 57 [14] développés dans le domaine de la microélecronique relèven des méhodes de es en ligne sans 57 Tes paramérique basé sur la surveillance du couran d alimenaion -55-
modèle. Par ailleurs les méhodes de surveillance sans modèle fon l obje d imporanes invesigaions au sein des communaués auomaique e raiemen du signal. Les connaissances qui son consiuées de modèles. Il s agi généralemen de modèles comporemenaux ou de modèles de connaissance souven analiques. La surveillance en ligne avec modèle consise à concevoir des modules de déecion qui raien en emps réel les signaux accessibles à la mesure sur le ssème afin de déerminer par déducion l éa qui le caracérise le plus vraisemblablemen. Les méhodes de surveillance à base de modèle on principalemen éé uilisées au sein de la communaué auomaique e d inelligence arificielle [11 23 26 29 34 39 103104]. Les premiers ravaux sur le es concurren e la olérance aux faues des circuis inégrés proposés par HUAG e Abraham dans [52] uilisen le concep de olérance aux faues à base d algorihme. L idée de base proposée par les aueurs consise à uiliser un code de vérificaion pour la déecion e la correcion des erreurs de calcul dans les chaînes de raiemen de marices complexes. JOU e ABRAHAM présenen dans [55] un ensemble d approches de déecion e de correcion d erreurs à base d algorihme desinées à des archiecures foremen parallèles e des srucures foremen concurrenes elles que les archiecures ssoliques implémenan les filres linéaires. Dans [56] JOU e ABRAHAM uilisen une circuierie addiionnelle dans le chemin de données du ssème pour assurer la déecion d erreurs dans des applicaions de ransformées de Fourier rapides FFT. Une echnique de codage sur une foncion des sommes des carrés des données d enrées/sories es proposée par REDDY e BEERJEE [83]. Dans [67] AIR e ABRAHAM proposen un code numérique de variables réelles pour la déecion de faues e la correcion d erreurs sur les opéraions maricielles. Les ravaux de CHATTERJEE e D ABREU [16] son relaivemen différens des approches précédenes. Ils uilisen un code numérique de variables réelles proche de celui proposé dans [67] pour la déecion de faues sur les ssèmes digiaux linéaires à variables d éas. Les ssèmes digiaux linéaires consiuen une large par des circuis embarqués pour des applicaions de raiemens digiaux des signaux e de commande numérique. Ces ssèmes son implémenés à l aide de modules foncionnels els que les addiionneurs les muliplieurs e des élémens de mémorisaion qui son inerconnecés afin de réaliser des foncions complexes. Le rôle des élémens mémoires es de socer cerains résulas inermédiaires qui son récursivemen uilisés dans le calcul des valeurs de sories. Conrairemen aux approches précédenes basées sur une résoluion algorihmique du problème de déecion une circuierie spécifique dédiée à la déecion d erreurs es proposée dans [16]. Cependan l accessibilié à la mesure de oues les variables d éa du ssème sous es consiue une conraine imporane qui limie les méhodes proposées dans [16] aux seuls ssèmes linéaires à variables accessibles à la mesure. Or il es bien connu que les variables d éa d un ssème son des grandeurs caracérisiques généralemen viruelles don l exisence concrèe en an que grandeur mesurable es raremen garanie. 3.4.1 Archiecure du es en ligne concurren à base de redondances analiques Parmi les ravaux qui exisen dans le domaine du es en ligne concurren des circuis inégrés nore conribuion es plus proche des ravaux de CHATTERJEE e D ABREU [16] que des approches plus anciennes. Mais conrairemen aux publicaions précédenes nous avons recherché une soluion générique applicable à ous les ssèmes digiaux linéaires qu ils soien à variable d éa ou non. La recherche d une soluion générique nous a oriené vers les méhodes de déecion e d isolaion de défaus FDI 58 développées dans la communaué d auomaique e de raiemen de signal. Afin de minimiser la probabilié d occurrence de défaillance inopinée la concepion de module de es en ligne concurren de ssèmes embarqués parage avec les algorihmes de FDI en auomaique le souci de garanir une fore couverure de faues avec une laence de faue minimale. Dans un schéma classique d implémenaion de FDI en auomaique les résidus son généralemen calculés à l aide d algorihmes incorporés dans les calculaeurs de conrôle. Les conraines relaives au coû en surface de silicium e à la dégradaion des performances deviennen caduques. En effe conrairemen au es en ligne inégré l implémenaion d un algorihme de FDI sur les calculaeurs 58 Faul Deecion and Isolaion -56-
dédiés ne requier aucune surface de silicium supplémenaire e n enraîne en principe aucune dégradaion de performances du ssème sous surveillance. Dans nore ravail il a fallu enir compe de cee différence fondamenale dans l adapaion des méhodes de FDI au es concurren des circuis inégrés. os premiers effors se son focalisés sur l adapabilié au es en ligne des circuis des méhodes de FDI basées sur les modèles comporemenaux de ssèmes. Ces algorihmes meen en œuvre une démarche qui consise à consruire des modèles esables du ssème c'es-à-dire des modèles dans lesquels n inerviennen que des variables disponibles mesurées ou connues d avance. La déerminaion de els modèles requier l exisence dans le ssème de redondance d informaions qu il faudra mere en évidence. Dans le cas de modèles numériques cee démarche condui au calcul d un résidu don les caracérisiques son différenes suivan que le foncionnemen du ssème es normal ou qu il es affecé de faues Figure 3.12. Les modèles esables doiven êre robuses c'es-à-dire permere de déecer les défaillances ou en rejean les perurbaions Figure 3.13. u Ssème sous es x 1 x 2 x n p = f Sories foncionnelles Signaux disponibles 1 2 p-1 p Pour ou signal d enrée Condiion de concurrence Equaions de déecion r 0 0 absence de faue présence de faue Propriéé de déecion concurrene Sensible aux faues e insensible aux bruis Robusesse Figure 3.12 Archiecure générique du es en ligne concurren 3.4.2 Cadre linéaire classique Dans le cadre linéaire le ssème es représené par les équaions d éa e de sorie : x + 1 = Ax + Bu + E d + E = Cx + Du + F d + F d d f f f f 3.4 Où x є R n es le veceur d éa є R m es le veceur des sories u є R p es le veceur des enrées dєr es le veceur des perurbaions inconnues f є R q es le veceur représenan les faues à déecer. Les marices A B C D E d F f F d e F f son supposées connues à coefficiens consans de dimensions appropriées. Le foncionnemen nominal es caracérisé par f = 0. Chaque défaillance du cahier des charges es modélisé par un veceur f i don l évoluion emporelle dépend de paramères inconnus. On disingue rois approches principales de déecion e d isolaion de défaus à base de modèles dnamiques : les méhodes à base d idenificaion paramérique d observaeurs e d espace de parié. 3.4.3 Idenificaion paramérique Les méhodes basées sur l idenificaion paramérique reposen sur l uilisaion d algorihmes récursifs afin d esimer en ligne des paramères du ssème [57 94 106]. Les déviaions du ssème sous es son surveillées par un algorihme récursif de raiemen des données d enrée/sorie du ssème. Les -57-
défaillances son déecées en comparan les paramères ainsi calculés à leurs valeurs nominales. Le résidu de déecion peu prendre la forme : T r = ˆ nomi ˆ nomi 3.5 Où es une marice de pondéraion définie posiive nomi représene le veceur des paramères nominaux e ˆ celui des paramères esimés à l insan. L uilisaion de cee echnique dans le conexe du es en ligne concurren de circuis pose quelques sérieux problèmes : Une applicaion efficace de cee méhode requier des conraines spécifiques sur les signaux d enrée concernan l exciaion de la dnamique du ssème l exciaion persisane. La condiion d exciaion persisane n es pas oujours garanie pour la séquence de signaux d enrée foncionnelle appliquée. L idenificaion en ligne des paramères du ssème es généralemen gourmande aussi bien en puissance de calcul qu en capacié de mémorisaion. L applicaion de méhodes de FDI basée sur l idenificaion paramérique induirai un coû en surface supplémenaire excessif probablemen supérieur au coû d une duplicaion. Cee approche n es adapable pour le es concurren de ssèmes embarqués que si celui-ci incorpore un processeur suffisammen puissan avec une réserve de capacié de calcul suffisane pour exécuer les procédures complexes de l algorihme d idenificaion récursive. Cee hpohèse es implicie dans nos invesigaions concernan ce domaine [94 e 97]. 3.4.4 Observaeurs L approche de FDI basée sur les observaeurs consise à consruire un veceur résiduel à parir de la différence enre la sorie réelle mesurée e la sorie esimée par l observaeur. [22 39 40 73]. On peu uiliser un observaeur de Luenberger à cee fin : xˆ + 1 = Axˆ + Bu + L ˆ 3.6 ˆ = Cxˆ + Du E le résidu es donné par : r = ˆ 3.7 Sa forme d évaluaion es : e + 1 = A LC e + LBu + LFd Ed d + LFf E f f 3.8 r = Ce où e = x xˆ es l erreur d esimaion qui end vers zéro si la marice A-LC es sable. Comme l indiquen les Equaions 3.6 e 3.7 l évaluaion du rédui de déecion à parir des observaeurs requier l implémenaion d un ssème d une complexié comparable à celle du ssème sous es. Ceci n es pas accepable dans un conexe de es de circui car il en résule une circuierie de es don la aille es supérieure à la duplicaion du circui iniial induisan un coû d implémenaion prohibiif en erme de surface de silicium supplémenaire nécessaire. ous éudions acuellemen la possibilié d uiliser des observaeurs pariels à coû d implémenaion raisonnable. 3.4.5 Espace de parié Parmi les méhodes de FDI courammen uilisées pour la surveillance des ssèmes auomaisés la echnique de projecion sur l espace de parié [26 39 84 98] es celle qui se prêe le mieux à une adapaion au es en ligne des ssèmes inégrés. En effe par rappor à un ssème auomaisé classique les ssèmes élecroniques se caracérisen par une abondance de possibiliés de connecions e par un coû praiquemen nul de la mesure pas de capeur nécessaire. Ceci facilie la généraion de relaions de redondance riches d ordre relaivemen faible p = 0 1 ou 2. ous avons adapé avec succès la méhode de parié pour le es en ligne concurren aussi bien des ssèmes analogiques e mixes [87 95]... que pour le es des filres linéaires puremen digiaux [1 2 92 96]. ous avons obenu des résulas comparables pour le es en ligne concurren des filres analogiques. -58-
Résidu d ordre zéro Afin d éprouver la perinence des données accessibles la première sraégie mise en œuvre s es appuée sur la redondance des mesures. Dans cee approche le nombre de mesures données accessibles uilisées es supérieur à n nombre de variables d éa du ssème. La marice de sorie C a alors plus de lignes que de colonnes. La redondance ainsi obenue consiue alors un moen simple de déceler parmi les mesures uilisées celles qui son enachées d erreurs. L équaion du résidu d ordre nul es définie par : r = v T - v T Du 3.9 où v es un veceur de parié orhogonal à la marice C. Une équaion de parié d ordre nul n exise que si l on dispose d un ensemble de poins accessibles foremen redondans. Le résidu d ordre nul qu on en dédui perme une bonne couverure des défaillances affecan direcemen les données mesurées mais la couverure des faues qui perurben la dnamique du ssème es plus modese. Afin de garanir une couverure de faues plus générale e plus imporane il es souven nécessaire de rechercher une équaion de résidu d ordre supérieur p 1 même si l exisence d une soluion d ordre nul n es pas exclue. Cas général : résidu d ordre p 1 La méhode de parié consise à rechercher une relaion de redondance enre les données d enrée/sorie disponibles à l insan. Son principe de base peu êre présené de façon inuiive : lorsque les données d enrées/sories mesurées à l insan ne permeen pas de déduire des équaions de redondance direce suffisammen riches pour garanir la couverure de faues souhaiée on recherche une relaion enre les données disponibles mesurées à l insan e aux insans précédens -1-2 -p. La profondeur de mémoire p de l équaion de redondance consiue l ordre du résidu. u u Ssème linéaire sous es Représenaion d éa du ssème x+ 1 =Ax + Bu + E d d + E f f =Cx + Du + F d d + F f f z -1 u-1 z -1 u-2 z -1 z -1-1 -2 Équaions des sories successives du ssème =Cx+Du +1=CAx+CBu+Du+1 +2=CA 2 x+cabu+cbu+1+du+2 +p=ca p x+ca p-1 Bu+CA p-2 Bu+1+ +CBu+p-1+ Du+p. u-p+1 -p+1 z -1 u-p z -1 -p Eliminaion des éas inconnus Y [] = OB [] x+h [] U Equaion du résidu Equaion du résidu r=v T [Y [] - H [] U [] ] r résidu r résidu Figure 3.13 Présenaion du principe de la méhode de parié pour les ssèmes digiaux linéaires. En calculan les sories p successives d un ssème linéaire décri par les Equaions 11 à parir d un l insan on obien : où Y + [ p] [ p] [ p] [ P] [ p] d d [ p] [ p] f f [ p] = O A C x + K A B C D U + K A E C F d K A E C F f 3.10-59-
-60- Q ; P M Q P PM PM Q Q P PM Q P Q Q P M K CA CA CA C A C O p p p p p 0 0 0 0 0 0 2 1 2 = = M M M M M M M.... 2 1 2 1 ] [ ] [ ec + + + = + + + = p u u u u U p Y p p M M Soi Ω une marice de projecion sur l espace orhogonal à im O [p] AC espace de parié 0. ] [ = Ω C A O p 3.11 la relaion de redondance analique es définie [62] par : ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [.... p f f p p d d p P p p f F C E A K d F C E A K D U C B A K Y Ω + + Ω = Ω Ω 3.2 e le veceur résidu d ordre p es défini sous sa forme de calcul par : [ ] ] [ ] [. p p p A B C D u K r Ω = 3.13 On noe que la formule de calcul ne fai inervenir que des grandeurs connues valeurs d enrées e sories disponibles à l insan e perme ainsi de calculer le veceur de résidu de parié à ou insan. Sous sa forme d évaluaion le veceur résidu es défini par : [ ] ] [ ] [. p f f p p d d p f F C E A K d F C E A K r + Ω = 3.14 Cee forme perme de caracériser le résidu sous les différenes hpohèses qui nous inéressen : En absence de défaillance e en présence des perurbaions seules. ] [. p d d p d F C A E K r Ω = 3.15 En absence de perurbaions e en présence de défaillance. ] [. p f f p f F C E A K r Ω = 3.16 en présence des perurbaions e de défaillance. [ ] ] [ ] [. p f f p p d d p f F C E A K d F C E A K r + = Ω 3.17 En absence de défaillances e de perurbaions 0 r 3.18 Il es cependan nécessaire de enir compe des bruis induis par les erreurs d arrondi. En absence de défaillance e de perurbaions le veceur résiduel sera en réalié proche de zéro sans êre pour auan ideniquemen nul. Les propriéés saisiques du résidu dépendron de celles du brui. En pariculier si le brui es cenré le résidu sera de moenne nulle. Cee echnique a éé appliquée avec succès pour le es en ligne de divers filres digiaux. La Figure 3.14 présene les résulas que nous avons obenus sur un filre digial ellipique d ordre 4 don le modèle comporemenal es défini par les marices suivanes : = 0.1221 0.1831 0.9565 0.1561 0.1831 0.0747 0.1561 0.7887 0.9565 0.1561 0.1847 0.1331 0.1561 0.7887 0.1331 0.3277 A = 0.0831 0.4198 0.0708 0.3578 B 1 0 0 0 0 1 0 0 0.3641 0.0208 0.3103 0.0177 = C. 0 0 0.1094 = D L équaion d un résidu normalisé d ordre 1 déerminée à parir de ces données es la suivane : r={-73.99 0-1-6.76 1-1+8.16 2-1+49.42 0 +4.71 1-44.14 2 } - {6.93u-1+5.41u}. La couverure des faues résulane es illusrée sur le ableau de la Figure 3.14. Les défaillances simulées corresponden aux faues affecan les ermes consans des muliplieurs. La première colonne du ableau donne la marge de sécurié sur chaque erme consan c'es-à-dire la déviaion en deçà de laquelle la sorie du ssème rese insensible. La dernière colonne du ableau donne la déviaion minimale
déecable. On peu noer que dans presque ous les cas les déviaions paramériques son déecables sur le résidu avan que leurs effes ne soien observables sur les sories du ssème. Les specres du résidu représenés sur les Figures 3.14 a b c e d indiquen que la couverure de faues observée es garanie sur un large specre du signal d enrée incluan la bande passane du filre sous es. Consane de muliplicaion Déviaion des valeurs consan Déviaion Déviaion maximale sans minimale conséquence déecable in % in % M 1 0.5 0.8 M 2 2.5 2 M 3 1.5 0.5 M 4 1.8 1.5 M 5 0.6 0.2 M 6 0.3 0.1 M 7 0.5 0.2 M 8 0.1 0.02 M 9 0.1 0.06 M 10 0.7 0.3 M 11 0.9 0.8 M 12 0.6 0.3 M 13 0.15 0.08 M 14 0.06 0.01 M 15 0.7 0.08 M 16 0.3 0.1 M 17 1.3 2 M 18 0.9 0.5 M 19 0.5 0.2 M 20 0.2 0.2 M 21 0.3 0.2 M 22 0.01 0.01 M 23 0.55 0.2 M 24 0.04 0.01 M 25 0.09 0.04 a b c d Figure 3.14 Applicaion de l espace de parié pour le es en ligne concurren d un filre ellipique du 4 ième ordre couverure de faues. 3.5 Problèmes liés au es en ligne des ssèmes analogiques Conrairemen aux ssèmes digiaux les composanes d un ssème analogique son oues simulanémen solliciées de façon permanene. La noion de emps oisif qui nous a servi pour élaborer les echniques de es en ligne non-concurren e semi-concurren n a plus de sens. Ainsi éan esseniellemen basées sur l exploiaion des emps oisifs ces méhodes ne son pas applicables sur les ssèmes analogiques e mixes. Seule une approche concurrene du es en ligne es envisagée. Par ailleurs conrairemen aux ssèmes à emps coninu classiquemen éudiés dans les algorihmes de FDI en auomaique sur lesquels chaque mesure nécessie un capeur approprié le coû d une mesure direce sur un circui analogique es quasimen nul. La disponibilié de nombreux poins de connexion indui une richesse significaive de mesures à coû nul sur ces circuis. Le problème principal à résoudre es d uiliser les mesures disponibles afin de déerminer e d implémener l équaion du résidu à un coû raisonnable en erme circuierie supplémenaire e avec une dégradaion de performances minimale. Dans les ravaux de Chaerjee [15] un es en ligne concurren par checsums es appliqué au cas pariculier des filres analogiques linéaires à variables d éa. Ces filres on une srucure pariculière auorisan leur modélisaion par des équaions d éa avec oues les variables d éa direcemen accessibles à la mesure. Conrairemen à ces ravaux nous avons recherché une soluion générique permean de raier ou circui analogique pourvu qu il soi linéaire. -61-
Afin d exploier de façon efficace oue la richesse des mesures qu offren les circuis analogiques le premier problème que nous avons eu à résoudre es de finir une modélisaion spéciale du circui sous es permean d exprimer les signaux à chaque nœud accessible. Il s agi de consruire un modèle d éa enrichi à sories muliples du circui sous es pour lequel le veceur de sorie conien ous les signaux inernes accessibles à la mesure. Le rôle de ce modèle es de fournir non seulemen l équaion du signal de sorie du ssème mais aussi les expressions analiques qui calculen la valeur du signal sur ou nœud inerne suscepible d êre uilisé comme variable d enrée pour le eseur en ligne. Ces informaions n éan malheureusemen pas disponibles dans les ouils classiques de modélisaion e de simulaion des circuis analogiques nous avons dû développer un ouil de généraion auomaique des équaions d éa don les grandes lignes son présenées dans la Figure 3.15 : A parir du schéma du circui ou du nelis 59 correspondan Figure 3.15 a e en uilisan le ableau des conribuions des élémens de la Figure 3.15 b on génère un ensemble d équaions non ordonné décrivan le circui Figure 3.15 c. Un algorihme d arrangemen des équaions es ensuie exécué afin de mere les équaions dans un ordre permean de déduire par subsiuion successive les équaions du modèle d éa enrichi du ssème Figure 3.15 e. Ces ravaux on fai l obje de la hèse de Arno W. Peers 60. - + 1 R1 2 L1 3 L2 4 0 E Circui drawing + + C1 C2 - - a R2 elis descripion V1 1 0 AC=5 R1 1 2 5 R2 4 0 1 C1 2 0 100n C2 3 0 500n L1 2 3 300u L2 3 4 600u Sae equaions Topolog equaions Kirchoff equaions - sx 0. C 1 + i C1 = 0 - sx 1. C 2+ i = 0 C2 - sx 2. L 1 + u - u = 0 2 3 - sx 3. L + 2 u 3- u 4 = 0 - V + u - u = 0 1 1 0 - i R1. R 1 + u - 1 u -E 2 R1 = 0 - i R2. R 2 + u 4 - u -E 0 R2 = 0 - x 0 + u 2 - u 0 = 0 - x 1 + u - u = 0 3 0 - x 2+ i L1= 0 - x 3+ i L2= 0 u 0 = 0 - i R1+i C1+i L1= 0 - i L2+i R2= 0 + i C2 -i L1+i L2 = 0 - sx 0. C 1 + i C1 = 0 - sx 1. C 2+ i = 0 C2 - sx 2. L 1 + u 2 - u 3 = 0 - sx 3. L + 2 u 3- u 4 = 0 - i R1+i C1+i L1= 0 + i C2 -i L1+i L2 = 0 - i R2. R 2 + u 4 - u -E 0 R2 = - x 1 + u 3 - u 0 = 0 - i R1. R 1 + u - 1 u -E 2 R1 = 0 - x 2+ i L1= 0 - i L2+i R2= 0 - V 1 + u 1 - u 0 = 0 - x 0+ u 2- u 0 = 0 - x 3+ i L2= 0 u 0 = 0 Componens elemen Resisor Conducor Capacior Inducor Circui elemen elis smbol R Y C L SDE Conribuion X X TD CD X X X X X X X X Iniial se of equaions wihou causal order Before causali 0 0 2 2 4 4 c Afer causali Wih a causal order Sources Volage source VS Curren source CS Volage conrolled volage source VCVS Volage conrolled curren source VCCS Curren conrolled volage source CCVS Curren conrolled curren source CCCS b Sae équaion x& τ = Ax τ + Bu τ τ = Cx τ + Du τ e Figure 3.15 Processus de généraion auomaique de modèle d éa enrichi de circuis analogiques a Schéma e nelis du circui b Table de conribuion des élémens aux équaions de circui c Lises des équaions avan e après arrangemen d marice de dépendance avan e après arrangemen e Equaions d éa enrichies du ssème. Une fois le modèle d éa enrichi généré la déerminaion de l équaion du résidu es analogue à celle que nous avons présenée pour les ssèmes linéaires digiaux. Comme l indique la Figure 3.16 les reards z -1 uniaires du cas digial son remplacés par des inégraeurs dans le cas analogique alors que les avances uniaires son remplacées par des dérivaeurs. 59 Descripion exuelle inermédiaire du circui 60 Thèse de Eindhoven Universi of Technolog V I E F G H X X X X X X 6 8 10 12 0 2 4 6 8 10 12 27 non-zero elemens 6 8 10 12 d 0 2 4 6 8 10 12 27 non-zero elemens -62-
uτ uτ Ssème linéaire analogique sous es τ τ Représenaion d éa du ssème x& τ = Ax τ + Bu τ τ = Cx τ + Du τ u τ dτ τ dτ Équaions des sories successives du ssème τ = Cx τ + Du τ & τ = CAx τ + CBu τ + Du& τ 2 && τ = CA x τ + CABu τ + CBu& τ + Du&& τ M [ ] τ = CA x τ + CA 1 Bu τ +... + CBu [ 1] τ + Du [ ] τ Equaion du résidu rτ résidu Eliminaion des éas inconnus Y [] τ = OB [] x+h [] U Equaion du résidu rτ=v T [Y [] - H [] U [] ] r résidu Figure 3.16 Présenaion du principe de la méhode de parié pour les ssèmes analogiques linéaires La Figure 3.17 monre un exemple d applicaion du es en ligne concurren par la méhode de parié pour un filre analogique d ordre 4. Comme l indique la Figure 3.17 a le filre esé a une srucure de pe RLC e non à variable d éa. La circuierie de déecion es représenée dans la Figure 3.17 b. Les specres du résidu en présence de différenes faues qui son représenés sur les Figures 3.17 c e d monren une rès bonne couverure de faues sur une large bande de fréquence qui couvre la bande passane du filre. R1 1 L1 2 L2 3 + E - + + C1 C2 R2 - - a b Residue under faul condiions elemen olerance is 50% Residue under faul condiions elemen olerance is -50% 0.6 0.5 R1 R2 L1 C1 L2 hreshold 0.6 0.5 R1 R2 L1 C1 L2 hreshold 0.4 0.4 Gain 0.3 Gain 0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1e+06 1e+07 Frequenc in rad/sec c 0 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000 1e+06 1e+07 Frequenc in rad/sec Figure 3.17 Tes en ligne concurren d un filre analogique biquadraique d ordre 4 : a schéma du filre biquadraique b circuierie de es généran le résidu c e d specre fréqueniel du résidu en présence de faues d -63-
3.6 Conclusion Les echniques de es en ligne que nous avons développées e implémenées son présenées dans ce chapire. ous proposons un ensemble de méhodes de es en ligne complémenaires non exclusives les unes des aures permean de couvrir une grande variéé d applicaions poenielles. Les echniques de es en ligne non-concurren son bien adapées dans les applicaions qui uilisen des uniés foncionnelles de performances surdimensionnées par rappor aux besoins srics de l applicaion. Les périodes de dormance qui son imporanes dans ce pe d applicaion permeen d appliquer des sous-séquences de es de ailles significaives sur les uniés foncionnelles au repos. La laence de faues dépend non seulemen de la durée du emps de dormance dans chaque période de foncionnemen mais aussi de la longueur de séquence nécessaire pour garanir la couverure de faue requise. Dans les applicaions pour lesquelles le emps de repos des uniés foncionnelles se limie à quelques pas oisifs les méhodes semi-concurrenes son plus appropriées. Le parage des ressources enre l archiecure nominale e les opéraions de vérificaion perme de réaliser un es en ligne performan en erme de laence de faues sans recourir ssémaiquemen à des ressources supplémenaires. Un aure avanage imporan de cee echnique vien du fai qu elle n es soumise à aucune limiaion relaive au modèle comporemenal du ssème digial sous es. Elle s applique indifféremmen aussi bien à des ssèmes simples els que les filres linéaires digiaux qu à des algorihmes plus complexes implémenan des ssèmes sévèremen non linéaires. Cee echnique a éé appliquée pour le es en ligne des blocs de décimaion d un converisseur Σ de 16 bis de résoluion Le es concurren se prêe bien aux applicaions qui exigen une quanificaion coninue de l éa de sané du disposiif sous es. Il es bien adapé aux ssèmes qui raien des données de façon coninue. Les composanes de ce pe de ssème ne peuven pas se sousraire de l applicaion nominale afin d êre soumises à une séquence de es non-concurren ou à une opéraion de vérificaion semi-concurrene. Dans l éa d avancemen acuel de nos ravaux une implémenaion économiquemen viable de cee echnique requier la condiion de linéarié du modèle comporemenal du ssème sous es. Il exise dans la liéraure quelques algorihmes de déecion e d isolaion de faues qui raien le cas des ssèmes non linéaires [37 51] mais la complexié de ces algorihmes indui un coû d implémenaion excessif généralemen supérieur au coû de la duplicaion ce qui proscri leur uilisaion dans un conexe de es en ligne de circuis. Pour cerains pes de ssèmes non linéaires ssèmes bilinéaires nous espérons pouvoir bienô exhiber des algorihmes de es concurren suffisammen simples pour êre uilisés dans le conexe de es de circuis avec un coû d implémenaion raisonnable. Conrairemen aux méhodes non-concurrenes e semi-concurrenes qui ne concernen que les ssèmes digiaux nore echnique de es en ligne concurren s applique aussi bien aux ssèmes analogiques que digiaux. -64-
Chapire 4 Perspecives de recherche Le développemen fulguran des méhodes de concepion des circuis inégrés a favorisé l émergence des ssèmes embarqués qui prolifèren rapidemen dans des domaines d applicaion rès variés allan des composans bon marché aux ssèmes de rès haue sécurié. Les besoins de miniaurisaion e de performance oujours croissans favorisen l évoluion rapide des ssèmes inégrés sur puce qui deviennen prépondérans dans la concepion des ssèmes. De nombreux consruceurs de ssèmes embarqués on aujourd hui recours à cee approche de concepion pour les avanages imporans qu elle compore. En inégran oues les foncions sur le même morceau de silicium la surface des composans diminue drasiquemen e leurs performances son accrues grâce aux nouvelles echnologies foremen sub-microniques. Touefois la cohabiaion sur le même suppor de silicium de composanes d origines variées impose aux fabricans de circuis un changemen de sraégie de concepion inéviable e engendre de nouveaux défis. Plusieurs difficulés émergen de ce nouveau concep allan de l'élaboraion de nouvelles echnologies de gravure jusqu'au es. Par ailleurs les ssèmes embarqués son de plus en plus impliqués dans des missions criiques. Appliqué seul comme unique moen de déecion de faues le es hors ligne classique ne perme pas de garanir les niveaux de fiabilié e de sécurié de ces ssèmes qui resen vulnérables aux défaus survenan en cours d opéraion. Pour un grand nombre d applicaions criiques elles que le ranspor l énergie nucléaire les applicaions spaiales e médicales la sécurié e la sûreé de foncionnemen son deux faceurs imporans qui doiven guider chacune des éapes des processus de concepion e de fabricaion. L objecif visé es de s affranchir de l influence des défaus afin de conribuer à l amélioraion de la sécurié e à la sûreé de foncionnemen de ces ssèmes. La criicié de leur mission jusifie la nécessié de compléer le es hors ligne classique par des modules de surveillance capables d évaluer l éa d un ssème en cours d exploiaion. Les ravaux que nous menons s orienen suivan deux axes principaux : ils on pour cadre le es des modules analogiques e mixes incorporés dans un environnemen digial e la surveillance en ligne des ssèmes inégrés. Pour chacun des axes de nos ravaux nous avons eu la double préoccupaion de la validaion e de l applicabilié. La validaion nous a condui à réaliser des implanaions efficaces de nos soluions dans un environnemen logiciel de concepion Cadence. C es déjà le cas pour le simulaeur de faue e le généraeur des simuli analogiques de es ; ça sera bienô le cas pour nos echniques de es en ligne. ous avons éudié plusieurs applicaions de nos résulas à des siuaions effecives : es pseudoaléaoire inégré de micropoures MEMS es en ligne semi-concurren de filres de décimaion es en ligne concurren d un filre ellipique d ordre 4 e es en ligne concurren de filres analogiques. L expérience que nous avons acquise nous condui à envisager des projes spécifiques. Il n'es pas quesion ici de faire une lise exhausive de fuurs projes mais pluô d'idenifier des pises d'inérês. La poursuie de nos aciviés de recherche devrai suivre deux direcions : coninuaion des ravaux déjà engagés e ravaux sur de nouvelles problémaiques. 4.1 Poursuie des ravaux engagés 4.1.1 Tes à bas coû des ssèmes analogiques mixes Avec l'accroissemen des performances e de la complexié des circuis inégrés le es devien la âche la plus coûeuse dans le processus de producion des ssèmes inégrés acuels. En effe d'une par les performances en viesse des équipemens auomaiques de es ATEs n'évoluen pas aussi rapidemen que celles des circuis. D'aure par la complexié des circuis acuels nécessie l'applicaion d'un rès -65-
grand nombre de données de es ; ceci requier de grandes capaciés en mémoire dans ces ATEs. Les echniques d auoes BIST 61 capables d effecuer ou ou parie du es direcemen sur la puce aussi bien pour les composanes digiales que pour les composanes analogiques e mixes apparaissen comme la meilleure soluion permean de freiner la monée verigineuse des coûs de es. ous coninuerons à éudier les echniques de es sur puce e leurs applicaions aux circuis analogiques e mixes en enan compe de leur environnemen numérique. La richesse e la puissance de raiemen de l environnemen digial disponible nous orienen vers des archiecures de es pour lesquelles la généraion des simuli analogiques e l analse des réponses analogiques de es se raien numériquemen sur la puce. Dans le cadre de la coopéraion avec ST Microelecronics e du proje européen MEDEA+ anotes 2A-702 une archiecure de es inégré es en cours de développemen dans l équipe RMS 62 pour un converisseur Σ nécessian une résoluion de 16 bis pour simuler le modulaeur. Conrairemen aux ravaux exisans dans ce domaine l objecif visé dans nore équipe es de développer une archiecure de BIST globale couvran aussi bien le es de la parie mixe que celui de la parie de décimaion numérique. La charge de la esabilié de cee dernière parie nous revien e sera réalisée au moen d un es en ligne concurren ou semi-concurren. La echnologie des microssèmes évolue rapidemen e l élecronique de conrôle prend une place de plus en plus imporane dans les nouvelles généraions de ces composans. Pour ce pe de disposiif l inérê des echniques de es sur puce de microssèmes es une évidence. ous coninuerons à développer des archiecures complèes de es sur puce de microssèmes qui uilisen l élecronique de conrôle inégrée aussi bien pour générer les simuli élecriques de es que pour analser les réponses. Cela nécessie une bonne maîrise des phénomènes de ransducion élecromécaniques élecrohermiques élecromagnéiques ainsi que d aures possibiliés de couplage elles que le couplage hermomécanique piézoélecrique ous poursuivons l éude des echniques basées sur les méhodes récursives d idenificaion sur puce dans le cas des ssèmes non linéaires. Afin de garanir la condiion d exciaion persisane requise pour l applicaion de ces méhodes nous uilisons un généraeur pseudoaléaoire de simuli muli-niveaux don la disribuion saisique des différens niveaux es programmable. Cependan dans le cas des capeurs MEMS qui son approximaivemen linéaires nous ne pensons pas que cee nouvelle echnique apporera un avanage déerminan par rappor à l archiecure de es pseudo aléaoire simple que nous avons développée. Par conre elle sera rès inéressane dans une archiecure de es sur puce de micro-acionneurs ou d aures disposiifs non linéaires. Dans le cadre de la coopéraion avec Philips Caen e du proje européen MEDEA+ 2A-702 l équipe RMS condui une éude 63 poran sur le es sur puce de MEMS embarqués dans des applicaions RF. ous pensons qu il sera difficile d abouir à un es foncionnel de composanes MEMS RF. Les invesigaions s orienen vers une soluion alernaive de es indirece qui consise à esimer cerains paramères invarians liés à la srucure du ssème afin d en déduire des informaion sur la foncionnalié des disposiifs e sur leurs modes de défaillance. Le modèle à esimer fera forcémen inervenir plusieurs couplages non linéaires. ous pensons que les echniques récursives d idenificaion sur puce de ssèmes non linéaires que nous avons développées seron d une grande uilié dans ce proje. 4.1.2 Tes en linge Le développemen de echniques de surveillance en ligne inégrée resera un axe imporan de nos invesigaions. Pour les echniques de es non-concurren nous pensons qu il sera difficile de rouver des amélioraions qui sans perurber la srucure nominale du ssème apporen un avanage significaif par rappor à l archiecure acuelle. Par conre des amélioraions de nore archiecure de es semiconcurren son acuellemen en éude : 61 Buil-In-Self-Tes 62 Thèse de Luis Rolindez encadrée par Salvador Mir 63 Thèse de Hoang-an guen co-encadré par Salvador Mir e Libor Rufer -66-
Auomaisaion de la consrucion de DFG dual : Sur les ouils de snhèse auomaique des ssèmes inégrés que nous avons uilisés Leonardo Specrum e Snops Compiler les algorihmes d opimisaion n inerviennen que lors de la snhèse de bas niveau qui regroupe les éapes permean de passer d une descripion RTL au niveau laou. Aucune opimisaion n a lieu dans l éape de compilaion qui ransforme la descripion comporemenale du ssème en un DFG. Ainsi la compilaion de deux algorihmes différens aboui généralemen à deux DFGs différens même si les deux algorihmes décriven exacemen le même modèle comporemenal. ous exploions cee faiblesse des ouils de snhèse exisans afin de générer les DFGs duaux à parir d une descripion comporemenale donnée. Le problème de la consrucion auomaique d un DFG dual es ainsi rédui à celui de la généraion d une version ransformée de la descripion comporemenale iniiale. Le DFG dual es choisi parmi les soluions issues de la compilaion de descripions comporemenales ransformées e présenan une alernance maximale des opéraions avec le DFG nominal. L algorihme de ransformaion uilise une able de ransformaion organisée sous la forme d une base de srucures équivalenes qui doiven êre reconnues dans la descripion comporemenale du ssème. Les élémens de cee base dnamique son consruis à parir de simples propriéés classiques des opéraions arihméiques e logiques elles que l associaivié la disribuivié la smérie ec. La Figure 4.1 présene la spécificaion de l archiecure de l ouil de généraion auomaique de DFG dual qui es suivi des éapes l ordonnancemen e de l allocaion des ressources pour consiuer un environnemen comple de snhèse de ssèmes esables en ligne. La validaion par simulaion de cee spécificaion fai l obje du sage de DEA de Boualem Hamichi. Descripion comporemenale iniiale Conraines : coû performance e esabilié Table de ransformaion a b+c a b c a b-c z -1 b+c.. a b+ a c a b c a b- a c z -1 b+ z -1 c.. Algorihme de ransformaion Descripion comporemenale ransformée Descripion iniiale Descripion ransformée Compilaion Ordonnancemen e Allocaion Snhèse de bas niveau Figure 4.1 Spécificaion de l archiecure de généraion de DFG dual La deuxième amélioraion en exploraion vise l inroducion e l opimisaion du processus de généraion du DFG dual. Le crière de qualié à opimiser ien compe de deux faceurs imporans : - coû du es évalué en erme de ressources supplémenaires nécessaires pour implémener le es en ligne - la qualié du es en ligne évaluée en erme de laence de faues. Tes en ligne du graphe de flo de conrôle : Le es du graphe de flo de conrôle consiue un aure champ d invesigaions que nous avons ouver. En effe comme nous l avons vu au paragraphe 3.1.1 dans le processus de snhèse la âche de compilaion scinde une descripion comporemenale en un graphe de flo de données DFG e un graphe de flo de conrôle CFG. Seul le DFG es esé par la version acuelle de la echnique de es semi-concurren en ligne que nous avons développée. ous visons son exension au es de la parie conrôle ; nous pensons que les ravaux sur la surveillance des ssèmes à évènemens discres e sur le es des machines à éas finis nous seron d une grande uilié. -67-
4.2 ouveaux axes de recherche ous souhaions compléer nos ouils afin qu ils puissen couvrir un large évenail d applicaions possibles. Pour cela nous avons idenifié deux hèmes sur lesquels nous commençons à ravailler : le premier pore sur le es en ligne semi-concurren de modules analogiques linéaires ou non linéaires compaibles avec un environnemen digial e le deuxième hème concerne la l idenificaion du défau déecé. 4.2.1 Tes en ligne semi-concurren de modules analogiques linéaires e non linéaires Comme nous l avons monré dans le chapire précéden le es en ligne concurren de modules analogiques par la méhode de parié donne des résulas saisfaisans. Cependan son uilisaion es sricemen limiée au cas pariculier des ssèmes linéaires. ore souhai es de développer une méhode générique uilisable aussi bien pour le es en ligne des circuis analogiques linéaires que pour la surveillance de modules non linéaires els que peuven l êre ceraines composanes MEMS ou RF. La première approche que nous explorons consise à mere à conribuion l inelligence embarquée pour implémener un es semi-concurren de modules analogiques linéaires ou non linéaires : les données d enrée e de sorie issues de modules analogiques seron socées après conversion analogique numérique dans une zone mémoire ampon accessible par les processeurs embarqués. Dès qu il n es pas sollicié par les opéraions nominales chaque processeur peu lire les données de la zone ampon afin de mere à jour l esimaion des paramères du modèle des modules analogiques e mixes. Cee mise à jour sera faie par l exécuion d un algorihme d esimaion récursive elle que le RLSM qui es iniialisé aux valeurs précédenes des paramères esimés. Afin que la condiion d exciaion persisane requise pour l algorihme récursif soi remplie seules seron socées dans la zone ampon les séquences correspondan aux enrées suffisammen riches pour garanir une exciaion suffisane des modes inernes des modules sous es. Un des problèmes imporans à résoudre es de rouver un moen simple permean de classifier les séquences d enrée foncionnelles observées en foncion de leur capacié à excier les modes inernes des modules analogiques sous es. 4.2.2 Localisaion e idenificaion des défaus Un module de surveillance comple doi permere de caracériser le mode de foncionnemen du ssème surveillé en reconnaissan e en indiquan les anomalies de foncionnemen. Dans les axes acuels de nos ravaux nous avons esseniellemen eu une double préoccupaion : la déecion de défaus en exploiaion e la déecion de défaus hors exploiaion. Le problème que nous avons commencé à aborder concerne la localisaion e l idenificaion des défaus. Lorsque l occurrence d une défaillance doi déclancher des acions de reconfiguraion du ssème ou des objecifs à aeindre il es nécessaire que la déecion soi compléée par une procédure de localisaion e d idenificaion qui perme de préciser les raisons du dsfoncionnemen déecé. La localisaion consise à déerminer l élémen défecueux alors que l idenificaion consise à préciser l allure de la défaillance en vue de déerminer le pe de mainenance ou de correcion à réaliser. A la différence d un ssème de déecion pour lequel un seul résidu peu êre suffisan les procédures de localisaion e d idenificaion requièren un ensemble de résidus veceur de résidus. De nombreux ravaux exisen sur la localisaion défaus de ssèmes auomaisés. Les résulas imporans qui son disponibles dans le cas des ssèmes dnamiques linéaires nous seron d une grande uilié. Cependan le nombre excessif de faues à prendre en compe dans le conexe de diagnosic de circuis inégrés proscri oue recherche d un veceur de résidus don les propriéés permeen de caracériser de manière unique chaque faue. Dans le conexe des circuis VLSI 64 une elle démarche induirai rapidemen une dimension prohibiive du veceur des résidus. Conrairemen aux ravaux exisans qui son basées sur la localisaion individuelle de chaque faue nous nous orienons vers une répariion des faues en classes ; chaque classe éan caracérisée par un ensemble de propriéés du veceur résidus qui permeen de la localiser. 64 Ver Large Scale Inegraion -68-
4.2.3 Tes Alernaif Avec l émergence récene des archiecures de ssèmes sur une puce SoC e de ssèmes en un boîier SiP 65 le es des spécificaions du ssème focalise désormais une aenion de recherche croissane e prend progressivemen le pas sur l approche classique de es de modules ou de composans. Le es des blocs analogiques mixes e RF qui son inégrés dans les SoCs ou le SiPs consiue un défi imporan des ingénieurs de es. En même emps que se posen de sérieux problèmes d accessibiliés pour l applicaion des simuli de es e l acquisiion des réponses pour les SoCs e les SiPs le es des spécificaions du ssème nécessie le développemen de nouvelles sraégies applicables dans un conexe de producion réel. Le coû du es de ces puces es relaivemen maîrisé pour le cas des blocs numériques : des eseurs numériques à bas coû peuven êre uilisés en combinaison avec des inerfaces de es sandardisées e des echniques de BIST. Par conre les progrès son encore bien imides dans le domaine des circuis mixes. Ainsi l incorporaion de blocs mixes e RF dans un SoC engendre en un surcoû de es rès imporan noammen par nécessié d uiliser de eseurs mixes e des echniques de es analogique qui son souven plus proches des méhodes de caracérisaion de circui que d un es de producion. Plusieurs echniques de BIST mixe on éé récemmen proposées mais il n a pas encore de soluions assez robuse e avec des coûs de développemen e d applicaion suffisammen raisonnables pour êre adopées par les indusriels. os invesigaions dans ce domaine s orienen vers la recherche de soluions basées sur les echniques alernaives de es. Comme l indique la Figure 4.2 les variaions induies par les faues sur les paramères inernes du circui affecen aussi bien l espace des spécificaions que celui des mesures. L objecif du es alernaif es d accélérer oue la procédure de es en remplaçan le es de spécificaions classique par la généraion des mesures à l aide d une séquence d enrée qui opimise la corrélaion non linéaire enre ces mesures e les spécificaions. Disribuion des paramères Disribuion des mesures Espace des paramères Disribuion des spécificaions Equaion de régression Espace des mesures Espace des spécificaions Figure 4.2 Principe de base du es alernaif Le es alernaif uilise des simuli de es asucieux afin de prédire les spécificaions des circuis sous es à parir de ses réponses à l aide des équaions de régression non linéaire. La généraion des foncions de régression non linéaires nécessaires uilise une populaion de circuis. Faue de disposer d un échanillonnage représenaif des circuis réellemen produis nore éude porera sur une populaion de circuis générée par simulaion Mone Carlo des variaions paramériques dans le modèle du circui sous es. 65 Ssem in a Pacage -69-
p 2 p 1 Echanillon de circuis sous es variaion paramérique Simulus de es sp 2 m 2 + + + + + + + + + Espace des spécificaions sp 1 Espace des mesures m 1 Faceurs de corrélaion non-linéaire sp i Régression non linéaire Equaion non linéaire de prédicion sp i = fm 1 m 2 ε i sp i sp i Figure 4.3 Snopique général de généraion de es alernaif Vérificaion de la qualié de la régression L applicaion des echniques de régression saisique non linéaires perme d éablir une relaion analique direce enre l espace des spécificaions e l espace des mesures Figure 4.3. Ainsi le es de producion se rédui finalemen à uilisaion du modèle de régression ainsi consrui pour déduire les spécificaions du circui sous es à paris d un relevé de mesures appropriées Figure 4.4. Simulus de es alernaif Equaion non linéaire de prédicion sp i = fm 1 m 2 m 2 sp 2 DUT Mesures de réponses du circui sous es m 1 Relaion non linéaire sp 1 Esimaion des specificaions Figure 4.4 Applicaion du es alernaif -70-
Plusieurs problèmes son à résoudre : le premier concerne le choix judicieux des spécificaions e des mesures qui garanissen une robusesse suffisane de l équaion de régression. Le second problème sera celui de l opimisaion de la séquence d enrée de es afin de maximiser la corrélaion non linéaire enre les mesures effecuées sur le circui sous es e les spécificaions esimées. Le roisième problème es lié à la perinence du choix de l algorihme de régression non linéaire. Bibliographie générale [1] A. Abdelha Tes en ligne des Ssèmes Digiaux Linéaires Thèse de Docora de l Insiu aionale Polechnique de Grenoble spécialié EEATS - Microélecronique 2001. [2] A. Abdelha E. Simeu Analical Redundanc Based Approach for Concurren Faul Deecion in Linear Digial Ssems IEEE 6 h IOLTW Palma de Mallorca Spain Jul 2000. [3] M. Abramovici M. A. Breuer A. D. Freidman Digial Ssems Tesing and Tesable Design Compuer science press 1990. [4] J. A. Abraham K. Fuchs Faul and Error Models for VLSI Proceedings of he IEEE VOL. 74.5 JuneMa 1986. [5] J. A. Abraham H. C. Shih Tesing of MOS VLSI Circuis Proceeding of inernaional smposium on circui and ssems pp. 1297-1300 1985. [6] H. Al-Asaad B. T. Murra and J. P. Haes Online BIST for Embedded Ssems IEEE design & Tes of Compuers vol. 15 n 4 Ocober December 1998 [7] V. D. Agrawal and K.-T. Cheng. Finie sae machine snhesis wih embedded es funcion. Journal of elecronic esing: heor and applicaions n 1 221-228 1990. [8] H. Aaie. Saisical Predicor Idenificaion Ann. Ins. Mah. Sais. n 22 pp 203-217 1970. [9] A. Anola F. Ferrandi V. Piuri and M. Sami. Semiconcurren Error Deecion in Daa Pahs. IEEE Transacions on Compuers vol. 50 n 5 449-465 ma 2001. [10] M. Bellanger. Traiemen numérique du signal. Théiorie e praique. MASSO Paris France 1987. [11] M. Blane M. Kinnaer J. Lunze M. Saroswisieci Diagnosis and Faul-Toleran Conrol Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003. [12] S. S. Bhaachara P. K. Murh and E. A. Lee. Snhesis of Embedded Sofware from Snchronous Daaflow Specificaions Journal of VLSI Signal Processing 21 pp151-166 1999. [13] A. Bounseur S. Mir and E. Simeu Opimisaion of Digiall Coded Tes Vecors for Mixed-Signal Componens 14 h Conference on Design of Circuis and Inegraed Ssems Bordeaux France ovember 24-26 2004. [14] T. Calin L. Anghel and M. icolaidis Buil-in Curren Sensor for IDDQ Tesing in Deep Submicron CMOS VLSI Tes Smposium Dana Poin California 26-28 April 1999. [15] A. Chaerjee Concurren Error Deecion and Faul Tolerance in Linear Analog Inegraed Circuis Using Coninuous Checsums IEEE Transacions on VLSI Ssems vol. 1 n 2 pp. 138-150 1993. [16] A. Chaerjee M. A. d Abreu The Design of Faul-Toleran Linear Digial Sae Variable Ssem : Theor and Techniques IEEE Trans. On compuers Vol. 42. 7 pp. 794-808 JULY 1993. -71-
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Annexe Dossier d habiliaion -77-
A1. Curriculum Viae Emmanuel SIMEU é le 25 décembre 1959 Adresse : TIMA-CRS/IPG/UJF 46 av. Félix Vialle 38031 Grenoble CEDEX Tél : 04 76 57 46 63 - Fax : 04 76 47 38 14 Email : Emmanuel.Simeu@imag.fr Marié 3 enfans aionalié française Diplômes e Formaion Diplôme d Habiliaion à Diriger des Recherches de l Universié Joseph Fourier de Grenoble Spécialié : Phsiques Suje : Tes e Surveillance des Ssèmes Embarqués Souenue le 22 sepembre 2005 à l UJF Grenoble Thèse de Docora de L'Insiu aional Polechnique de Grenoble Spécialié : Auomaique Producique e Théorie des Ssèmes Suje de hèse : Tes Aléaoire : Evaluaion de la Tesabilié des Circuis Combinaoires Souenue le 6 juille 1992 à l IPG Grenoble DEA de l'insiu aional Supérieur Polechnique de Grenoble 1988 Spécialié : Auomaique - Traiemen du signal Diplôme d Ingénieur Elecricien de Ecole Hassania des Sciences de l Ingénieur de Casablanca au Maroc 1987 Siuaions successives Foncions acuelles : Maîre de Conférences à l Universié Joseph Fourier de Grenoble depuis sepembre 1995 - Enseignan à l Ecole Polechnique de l Universié de Grenoble - Chercheur au Laboraoire TIMA de Grenoble Groupe Ssèmes Mixes Fiables" RMS pour Reliable Mixed signal Ssems Maîre de conférences à l Insiu Supérieur d auomaique e de Roboique ISAR de Valence devenu ESISAR en 1995 Valence 1992-1995. Chercheur au Laboraoire d Auomaique de Grenoble - Equipe SYLODI 1989 1992 - Equipe Ssèmes e Commande 1992-1995 Chercheur au Cenre aional d Eudes des Communicaions CET de Grenoble hèse de docora 1989-1992 Résumé J ai effecué mes ravaux de recherche docoraux au Cenre aional d Eude des Télécommunicaions de Grenoble CET Cenre orber Ségard à Melan dans le cadre d un conra de recherche enre le CET e LAG équipe SYLODI : SYèmes LOgiques e DIscres. J ai obenu le docora en Auomaique e Théorie des Ssème de l Insiu aional Polechnique de Grenoble en juin 1992. Ma carrière d enseignan a commencé en sepembre 1992 à l Insiu Supérieur d Auomaique e de Roboique ISAR devenu ESISAR de Valence. J ai éé nommé Maîre de Conférences dès Janvier 1993. Depuis Sepembre 1995 je suis Maîre de Conférences à l'universié Joseph Fourier de Grenoble affecé à l Ecole Polechnique de l Universié de Grenoble où j ai assuré plusieurs responsabiliés au sein du déparemen Prévenion de Risques Indusriels PRI. Je paricipe aussi acivemen à formaion en Maser EEATS de l UFR de phsique de l UJF au ire de coresponsable du module de formaion Auomaique des Ssèmes à Evènemens Discres. J'effecue mes aciviés de recherche au laboraoire TIMA. Au sein du groupe RMS mes recherches concernen le es inégré à bas coû des ssèmes analogiques e mixes e la surveillance inégrée des ssèmes embarqués. -78-
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A2.1 Service d enseignemen A2. Aciviés pédagogiques En dehors des enseignemens des ravaux praiques e des ravaux dirigés de microconrôleur/microprocesseur don nous parageons la responsabilié avec Jean Pierre PERRIER nous avons personnellemen réalisée la concepion e la mise place chacun des enseignemens dispensés. Le ableau suivan récapiule nos aciviés d enseignemen acuelles Eablissemen iveau Maières enseignées Auomaismes e Informaique Indusriels Polech Grenoble UJF UFR de phsique EEATS UJF ES des Mines de Sain Eienne ISMEA Marseille 3 e année ingénieur déparemen PRIHSE 2 e année ingénieur déparemen PRIHSE 1 e année ingénieur déparemen PRIHSE 3 e année ingénieur déparemen 3I 1 e année ingénieur déparemen 3I Maser 1 e IUP 3 e année ingénieur Ouils logiciels de Modélisaion e Simulaion Analse de Données Méhodes Saisiques Auomaique : Ssème de Producion Microprocesseur/ Microconrôleur Auomaique SED : Auomaismes Indusriels Tes e Tolérance aux Faues aure Volume annuel 12 h de CM 10 h de TD 32 h de TP 10 h de CM 20 h de TD 14 h de CM 20 h de TD 12 h de CM 16 h de TD Suppors pédagogiques Réalisé e révisé chaque Période année Polcopié 126 pages Polcopié TD 19 pages 1995-2006 Polcopié TP 27 pages Polcopié 121 pages Polcopié TD 12 pages 1998-2006 Polcopié cours e TD 97 pages Polcopié cours e TD 104 pages 2000-2006 2004-2006 16 H de TP Polcopié TP 41 pages 2003-2006 10 h de TD 28 h de TP 10 h de CM 16 h de TD 40 h de TP 16 h de CM 12 h de TD Polcopié TP ~20 pages avec J. P. Perrier Polcopié 114 pages Polcopié TD 17 pages Polcopié TP 27 pages 2000-2006 2002-2006 2002-2006 1998-2006 Polcopié 133 pages Polcopié TD 19 pages 2001-2006 Toal 64 h de CM 104 h de TD 116 h de TP 8 Polcopiés de Cours/TD 4 Polcopiés de TP Les fiches programmes des quelques enseignemens son disponibles en annexe 2-80-
Le ableau suivan récapiule quelques uns de nos enseignemens anérieurs Eablissemen iveau Maières enseignées Surveillance e Mainenance Polech Grenoble UJF ESISAR IPG Valence 3 e année ingénieur déparemen PRIHSE 2 e année ingénieur déparemen PRIHSE 1 e année ingénieur déparemen PRIHSE 3 e année ingénieur déparemen 3I 3 ième année 2 ième année ISAR Insiu Supérieur d Auomaique e de Roboique de Valence 1992-1995 1 ière année IUT1 GEII de l UJF Grenoble 1990-1994 1 ière année formaion coninue Mahémaiques Appliquées Sûreé de Foncionnemen : Modélisaion Probabilié Saisiques Sûreé de Foncionnemen : producion Auomaique SED : Modélisaion e Commande des Ssèmes de Producion Auomaique Avancée Théorie e Traiemen du Signal Auomaique SED : Modélisaion e Commande des Ssèmes de Producion Auomaique des Ssèmes Coninus Asservissemen Elecricié Circuis élecriques aure Volume annuel 10 h de CM 12 h de TD 12 h de CM 16 h de TD 8 h de CM 16 h de TD 20 h de CM 20 h de TD Suppors pédagogiques Réalisé e révisé chaque année Polcopié cours e TD 65 pages Période 1995-2001 Polcopié 54 pages Polcopié TD 12 pages 1995-2000 Polcopié cours e TD 44 pages Polcopié cours e TD 115 pages 1995-1999 1995-2004 16 H de TP Polcopié TP 21 pages 1998-2001 12 h de CM 8 h de TD 14 h de CM 12 h de TD 12 h de CM 16 h de TD 32 h TP Polcopié cours e TD 73 pages 1995-1997 Polcopié 45 pages 1992-1995 1992-1995 Polcopié cours 73 pages 1992-1995 12 h de CM 10 h de TD Polcopié de TP 21 pages 1992-1995 8 h de CM 16 h de TD 20 h TP 1990-1994 -81-
A2.2 Adminisraion d enseignemen Responsable de la plaeforme AII du déparemen PRI de polech Grenoble depuis 1999 Afin d illusrer les enseignemens du déparemen PRI relaifs à le sûreé e à la sécurié des auomaismes indusriels nous avons développé e mis en à Polech Grenoble une plaeforme expérimenale d Auomaisme e Informaique Indusriels AII. ous assurons désormais la gesion e la mainenance de cee plae forme qui conien : - 1 ranslaeur roaif pneumaique - 1 Magasin verical - 1 raiemen de surface - 1 armoire d auomaismes configurables - 4 Auomaes programmables TSX37-10 PCs servan de erminaux de programmaion Responsabiliés pédagogiques de la plaeforme producique de l ISAR de 1993-1995 ous avons éé responsable de la plaeforme producique de l ISAR de 1993 à1995 Plaeforme conenan : - 1 Chaîne de ransfer lié - 1 Robo six axes 1 Saion muliâche VME /68030 sur OS9 PEP 2630-1 réseau local indusriel Facor -4 Auomaes programmables TSX47-20 -3 Auomaes /OS9 EURO PEP IUC-9000-5 - 8 PCs servan de erminaux de programmaion Aures Responsabiliés diverses Direceur des éudes de la 3ième année du déparemen PRI de Polech Grenoble 1996-2003 Membre du conseil scienifique du déparemen PRI de Polech Grenoble depuis 1998 Membre iulaire de la commission pariaire de Polech Grenoble depuis 1996 Membre iulaire du conseil pédagogique de l ISTG 1997-2000 Membre de la commission des spécialises 61 ième e 63 ième secion de l'ujf 1997-2003 Membre exerne de la commission des spécialises 61ième de l Universié de Monpellier I depuis 2002 Responsable Informaique du déparemen PRI de Polech Grenoble depuis 1996 A2.3 Développemen de proopes expérimenaux pour l'enseignemen e la recherche 2003 "Concepion des cares de TP de microprocesseur/ microconrôleur pour les universiés camerounaises". ous avons éudiés ces cares pour quelles soien bien adapées aux besoins locaux. Réalisée en une cenaine d exemplaires par une PME locale ces cares équipen désormais les salles de sep universiés camerounaises où elles son uilisées pour l enseignemen des ravaux praiques de microprocesseurs e de microconrôleurs. 2003 "Concepion e réalisaion d un aelier de producion fiabilisé comprenan un magasin verical auomaisé un robo de ransfer moorisé e une chaîne de raiemen de surface" Ce aelier salle 033 de Polech Grenoble es acuellemen uilisé pour les ravaux praiques d Auomaique e Informaique Indusrielle du déparemen PRI Prévenion des Risques Indusriels. 1994 "Concepion e réalisaion d'un proope expérimenal de ssème non linéaire sur la base d'un ssème de freinage sans conac par courans de Foucaul" 1995 "Concepion e réalisaion d un ssème de ransmission flexible" ous avons aussi développé en langage C de l'environnemen logiciel nécessaire pour la commande de ces deux dernières manips qui on éé uilisés dans le laboraoire de l ISAR Insiu Supérieur d Auomaique e de Roboique de valence pour illusrer les enseignemens d Auomaique Avancées e noammen la commande de ssèmes non linéaires. -82-
A2.4 Conférences inviées e aciviés inernaionales Universié de Yaoundé au Cameroun Professeur Invié en Février 2004 : Séminaires de formaion sur le Réseaux de communicaions : fiabilié e sécurié. M. Emmanuel KAMGIA Chef du déparemen informaique de l Universié de Yaoundé I nous a proposé de dispenser un cours de spécialisaion pour les informaiciens à desinaion d'éudians DEA pos-dea e d'indusriels. Ce nouveau cours a éé moné de façon à mere en valeur dans des cas concres les echniques uilisées. Dans cee formaion ous sommes assisé par un enseignan camerounais. ore objecif es de passer la relève à ce jeune collègue dès qu il sera près à assumer seul cee responsabilié. Ecole Mohammedia des Ingénieurs de Raba Ecole d éé sur la élémainenance; juin 2004 Raba Maroc Tes e olérance aux faues des ssèmes inégrés : ous avons éé invié par le comié d organisaion de l Ecole d éé sur la élémainenance organisé à l école Mohammedia des Ingénieurs de Raba afin de dispenser un séminaire desiné aux docorans pos-docorans e d'indusriels sur le es e la olérance aux faues des ssèmes inégrés. Universié de Douala au Cameroun Professeur Invié en Février 2002 : Séminaires de formaion iniiale sur l archiecure des ordinaeurs e microprogrammaion. ous avons dispensé cee formaion aux éudians d IUT e de licence de l universié de Douala à la demande du Professeur Maurice TCHUETE alors receur de l Universié de Douala. Aujourd hui c es un jeune collègue camerounais que nous avons formé e encadré qui dispense ce enseignemen. A2.5 Coopéraions inernaionales Franco - Camerounaise Séminaires de formaion des formaeurs de Yaoundé au Cameroun Professeur Invié en Février 2003. Archiecure des ssème à microprocesseurs e microprogrammaion : les aspecs pédagogiques e indusriels Monsieur le Minisre Camerounais de l Enseignemen Supérieur nous a demandé d organiser un séminaire de formaion des formaeurs desiné aux enseignans spécialisés de six universiés d Ea e rois universiés privées au Cameroun. ous avons monée de façon à mere en valeur les aspecs praiques. Dans ce cadre nous avons conçu une care de TP de microprocesseur/ microconrôleur adapée aux besoins locaux. Réalisée en une cenaine d exemplaires cee care équipe désormais les salles de sep universiés camerounaises où elles son uilisées pour l enseignemen des ravaux praiques de microprocesseurs e de microconrôleurs. Franco-Mexicaine ITESM Monerre depuis 1999 Dans le cadre de la coopéraion Franco Mexicaine nous paricipons chaque année à la formaion des élèves Ingénieurs de l ITESM de Monerre. L enseignemen que nous dispensons es iniulé GRAFCET : A Specificaion Language for sequenial Funcion Char. Il concerne la spécificaion e la programmaion des auomaismes indusriels à l aide de GRAFCET. Cee inervenion se fai dans le cadre d une école d éé Auomaic Conrol for Producion Ssems Summer School organisée chaque année par le Laboraoire Auomaique de Grenoble en collaboraion avec l ITESM de Monerre. A3. Snhèse des aciviés de recherche A3.1 Résumé des ravaux de recherche Docoraux Thèse de Docora de L'Insiu aional Polechnique de Grenoble 1992 Opion : Auomaique Producique e Théorie des Ssèmes Suje de hèse : Tes Aléaoire : évaluaion de la esabilié des circuis combinaoires Souenue le 6 juille 1992 à IPG Grenoble Composiion du jur : Jean Michel DIO : Présiden Pascale THEVEOD : Rapporeur Gason CAMBO : Rapporeur René DAVID : Direceur de hèse Roland GERBER : Examinaeur Jean-Luc RAIARD : Examinaeur -83-
Bref résumé de nore conribuion e des résulas obenus D un poin de vue générique la esabilié d un circui es un concep absrai lié à une variéé de coûs associés au es. C es une caracérisique de concepion qui influence l ensemble des faceurs liés à la facilier ou à la difficulé du es. L accroissemen de la esabilié d un circui implique la réducion d une foncion croissane des coûs relaifs au es. L observabilié e la conrôlabilié son les principaux aribus associés à la esabilié. Toues les echniques d analse de esabilié se préoccupen de fournir des mesures qui son basées sur les noions générales de conrôlabilié d observabilié e de esabilié : la conrôlabilié caracérise la facilié de posiionner un noeud à une valeur logique prédéfinie à parir des enrées primaires du circui l observabilié représene la facilié de vérifier sur les sories primaires du circui la présence d une valeur donnée sur un nœud inerne en conrôlan les valeurs des enrées e en observan ces sories primaires la esabilié combine les noions de conrôlabilié e d observabilié pour quanifier la facilié avec laquelle le circui pourra êre esé. Les echniques srucurées de DFT requièren le développemen d ouils efficaces de mesure de esabilié. Les résulas d analse de esabilié doiven permere d infléchir des poliiques de concepion afin d obenir un produi don les implicaions de la phase de es resen cohérenes avec les objecifs iniiaux coû aux de couverure emps d exécuion... Les mesures de conrôlabilié d observabilié e de esabilié son différenes suivan que les veceurs de es son générés aléaoiremen ou de façon déerminise par un algorihme de généraion auomaique des données de es ATPG 66. Le erme esabilié aléaoire suppose une généraion aléaoire des veceurs de es. Les mesures de conrôlabilié e d observabilié son alors exprimées en erme de probabilié e la esabilié prend le sens de la probabilié de déecion de la faue la plus difficile à déecer. L évaluaion de ces mesures sur chaque nœud du circui perme d localiser les nœuds qui posen des problèmes de esabilié afin de guider les modificaions visan une amélioraion de la esabilié du circui. Dans le conexe du es aléaoire on monre que la longueur Lr de la séquence de es requise pour garanir une couverure de faue r donnée es liée à la probabilié d min de déecion de la faue la plus difficile à déecer par la relaion : ln1 ρ L = 1 ρ ln1 d min Pour des raisons d efficacié évidenes il es souhaiable que les broches supplémenaires ne son uilisées qu à des endrois cruciaux aan les esabiliés les plus faibles. En collaboraion avec l équipe SYLODI 67 du LAG 68 nore hèse de docora s es effecué au CET 69 Cenre orber SEGA de Grenoble dans le cadre du proje SITAR Ssème d Inégraion du Tes Aléaoire Réalise don la vocaion es d appore le souien informaique nécessaire à l inégraion du es aléaoire dans les circuis du CET. Le logiciel SITAR es desiné à êre inégré aux ouils CAO de concepion des circuis afin de facilier voire auomaiser la mise en œuvre de méhodologies d inégraion de es décrie sur la Figure 1. La parie la plus délicae de ce ravail es la mesure de esabilié qui a aussi éé le premier objecif visé par le proje SITAR. Dans ce conexe nore ravail a conribué à élaborer l ouil de mesure de esabilié aléaoire uilisé dans la procédure SITAR. Trois echniques complémenaires son associées à cee fin : Une phase de simulaion perme de dégrossir le problème en éliminan les nœuds qui ne posen pas de problèmes de esabilié. La méhode de Mone-carlo es efficace pour évaluer les différenes probabiliés nécessaires à l esimaion de la esabilié mais elle présene une faiblesse de aille pour ce qui es du calcul de rès faibles probabiliés. En pariculier elle ne perme pas de disinguer les évènemens peu probables non observés e des évènemens impossibles de probabilié nulle. La preuve formelle a d abord éé inroduie pour le conrôle de validié des méhodes puremen numériques. Sur des exemples de peie aille elle perme un calcul exhausif des foncions booléennes des connecions d un circui combinaoire fournissan ainsi la valeur exace des différenes probabiliés nécessaires au calcul de esabilié. La preuve formelle palie les insuffisances de la méhode saique dans les cas liigieux en associan une foncion booléenne aux évènemens doueux. Lorsque ces évènemens son effecivemen impossibles la foncion booléenne associée es oujours fausse. Dans le cas conraire la probabilié exace de l évènemen es calculée par l algorihme. Dans cerains complexes la consommaion en emps de calcul e en mémoires de socage de l algorihme de preuve formelle peu êre prohibiive. Le cas échéan une preuve formelle parielle es appliquée afin de disinguer les évènemens rares des évènemens impossibles. ous avons développé une méhode numérique de calcul exac applicable aux cas des de esabilié faible e non nulle afin de déerminer avec précision de la esabilié des nœuds. Le Tableau 1.4 résume les résulas de l applicaion de SITAR sur les dix circuis benchmar de ISCAS. 66 Auomaique Tes Paern Generaion 67 Ssèmes Logiques e Discres 68 Laboraoire d auomaique de Grenoble 69 Cenre aional d Eude des Télécommunicaions -84-
Descripion du circui Soluion iniiale Commande des enées Observaion des sories Calcul de esabilié Spécificaions Evaluaion de la longueur de es Esimaion du emps de es Qualié de déecion couverure de faues Temps allouée au es oui Succès Spécificaions respecées non Modificaion e amélioraion de la soluion courane Injecion de nouvelles variables enrées supplémenaires Inserion de nouvelles équipoenielles dans la signaure sories supplémenaires oui Conraines de surface respecées non Figure 1 Procédure SITAR pour l inégraion du es dans les circuis CET Tableau 1 : Résulas obenus sur les circuis ISCAS Circuis Taille en # de pores modificaion Temps CPU preuve Formelle Temps CPU simulaion e calcul Longueur de es esimée C432 160 1CES-MS 6000s 703s 45350 C499 202 on 121s 118s 5900 C880 385 3CES 66s 825s 8035 C1355 546 on 231s 277s 10225 C1908 880 1CSS 198s 2650s 58585 C2670 1195 1CES-4CSS 4230s 3206s 67990 C3540 1669 1CSS 5800s 3653s 61051 C5315 2307 1CSS 499s 1307s 17062 C6288 2416 on 246s 5306S 1430 C7552 3512 15CES-6CSS 5500s 19480s 3260000 Modificaions : on : aucune modificaion du circui iniiale n es effecuée xces : x connexions d enrée supplémenaires son ajouées au circui iniial xcss : x connexions de sorie supplémenaires son ajouées au circui iniial MS : Une modificaion spéciale es faie sur le C432 : 3 pores ET à 9 enrées e une pore ET à 8 enrées on éé décomposées e remplacées par des pores ET à quare enrées. Temps CPU : Le emps CPU es obenu sur une saion SU Sparc2-85-
A3.2. Encadremen des ravaux de recherche A Encadremen de hèses de docora [T-1] Thèse de Ahcène BOUCEUR Ecole docorale EEATS de l Insiu aional Polechnique de Grenoble Spécialié : Microélecronique Souenance prévue en 2006 Direceurs de hèse : Salvador MIR 60 % Emmanuel SIMEU 40 % Suje : Ouils CAO pour le es Analogique e mixe Siuaion acuelle de A. BOUCEUR : Thèse en cours La hèse de Ahcène BOUCEUR à pour obje le développemen des ouils de CAO de es de circuis mixes en pariculier les ouils de simulaion de faues e de généraion de veceurs de es. Je co-encadre cee hèse à 40% sur les ouils de CAO de es nécessaires aux paries numériques des circuis mixes e Salvador MIR assure le resan sur les ouils d applicaion aux circuis analogique. ous avons mis en place cee hèse en ocobre 2003 afin de coninuer les ravaux précédens dans ce domaine qui nécessie des compéences en programmaion e en recherche opéraionnelle. D abord il es imporan d inégrer ces ouils dans une srucure de CAO uilisée par les ingénieurs de concepion e de es. Deuxièmemen il es nécessaire d uiliser des algorihmes avancés d opimisaion évenuellemen abouissan sur des nouveaux algorihmes de généraion de veceurs de es analogiques e mixes. Des procédures spécifiques dans le cas de circuis mixes incorporan des echniques de BIST son envisagées. Une éude déaillée des echniques de généraion de veceurs de es exisanes srucurelles e foncionnelles es nécessaire afin de comparer les résulas obenus. L objecif final de ces ravaux de hèse es la mise en place d une plaeforme de CAO facilian le es des circuis mixes e RF permean la simulaion de faues la généraion e l opimisaion des veceurs de es e l évaluaion de la performance de echniques de es inégré. [T-2] Mouhamad Aman AAL 1999-2002 Ecole docorale EEATS de l Insiu aional Polechnique de Grenoble Spécialié : Microélecronique Thèse souenue le 24 sepembre 2002 Direceurs de hèse : Michael ICOLAIDIS Direceur adminisraif Emmanuel SIMEU 100% d encadremen effecif Suje : Snhèse de hau niveau pour la esabilié en-ligne Siuaion acuelle de M.A AAL : Associae Professor a Alep Universi Srie La hèse de Mohamed Aman AAL a poré sur les echniques non concurrenes e semi concurrenes de es en ligne de ssèmes complexes. Les soluions reenues doiven garanir un surcoû raisonnable en emps de concepion en ressources impliquées e en performance. Cela nécessie le développemen de nouvelles méhodes de snhèse de hau niveau qui prenne en compe des conraines de es en-ligne dès les premières âches du flo de la snhèse de hau niveau. Le ravail s es développé suivan deux axes principaux : le premier a consisé à proposer deux méhodes de es en-ligne non-concurren e semi-concurren présenées sous forme de soluions inégrées BIST. Alors que le deuxième axe propose une nouvelle méhode de snhèse de hau niveau HLS qui ien compe de la esabilié en-ligne. La prise en compe des conraines de es en-ligne es effecuée au niveau de la compilaion de la descripion comporemenale en graphe de flo de données DFG. Selon les conraines imposées au ssème une des méhodes de es en-ligne développées dans le premier axe es inégrée au ssème au niveau ordonnancemen. Bien que Michael ICOLAIDIS en soi le direceur adminisraif officiel j ai assuré seul l inégralié de l encadremen de cee hèse. -86-
[T-3] Thèse de Ahmad ABDELHAY Ecole docorale EEATS de l Insiu aional Polechnique de Grenoble Spécialié : Microélecronique Thèse souenue le 20 avril 2001 à l IPG Direceurs de hèse : Michael ICOLAIDIS Direceur adminisraif Emmanuel SIMEU 100% d encadremen Suje : Tes en Ligne des Ssèmes Digiaux Linéaires Siuaion acuelle de Ahmad ABDELHAY : Associae Professor a Alep Universi Srie L obje du ravail de hèse que j ai confié à Ahmad ABDELAY éai d éudier e d implémener une nouvelle approche de concepion e d inégraion des déeceurs de défaus concurrens pour les ssèmes digiaux linéaires. Ces ssèmes son largemen impliqués dans les applicaions de commande e de raiemen numérique des signaux. Ceci explique la croissance verigineuse de leur imporance dans les applicaions modernes e noammen sensibles. La difficulé de cee âche es imporane car il s agi de générer un signal qui sans perurber le foncionnemen nominal du ssème pore de façon permanene les indicaions sur l occurrence évenuelle de faue. Une difficulé supplémenaire vien du fai que la qualié de déecion doi êre garanie indépendammen des signaux d enrée qui son imposés par les condiions de foncionnemen e non par les exigences de esabilié. Afin d aeindre ce objecif ambiieux une méhodologie auomaique permean de générer e d inégrer le déeceur concurren dans le processus de concepion des ssèmes linéaires digiaux a éé proposé. Le principe direceur de la méhode uilisée es basé sur l exploiaion des redondances analiques exisan dans l'hisorique des signaux accessibles du ssème sous es. Les algorihmes développés permeen aussi d assurer une sensibilié minimale du déeceur aux bruis alors qu elle es maximale pour les faues. La aille de la circuierie supplémenaire nécessaire à l implémenaion du es en ligne rese rès raisonnable. A l inverse des méhodes proposées dans liéraure du domaine aucune condiion resricive n es imposée sur la concepion. La méhode proposée es générale e applicable à ou ssème digial pourvu qu il soi linéaire. Un ouil logiciel a éé développé au cours de cee hèse permean une généraion auomaique des paramères e de la descripion VHDL du circui de es concurren à parir d une descripion du ssème esé. J ai assuré l inégralié de l encadremen de cee hèse bien que Michael ICOLAIDIS en soi le direceur adminisraif officiel. [T-4] Arno W. PETERS 1997-1999 Thesis of Eindhoven Universi of Technolog Pas-Bas 1997-1999 don 12 mois à TIMA Thèse souenue le 30 sepembre 1999 à Eindhoven Universi of Technolog Direceurs de hèse : Professeur Jochen A. G. JESS de Eindhoven Universi of Technolog 60% Emmanuel SIMEU 40% Suje : Auomaic Generaion of Opimal Concurren Error Deecion for Linear Analog Ssems Siuaion acuelle de Arno W. PETERS Ingénieur de recherche chez ITEL Pas-Bas. Le ravail de hèse de Arno W. PETERS a poré sur le es en ligne concurren des ssèmes analogiques. La seule echnique de es en ligne concurren qui exisai avan ces ravaux n éai applicable qu à une forme rès pariculière de circuis analogiques : les filres analogiques linéaires à variables d éa. Ces filres on une srucure pariculière auorisan leur modélisaion par des équaions d éa avec oues les variables d éa direcemen accessibles à la mesure. Conrairemen à ces ravaux dans la hèse de Arno W. PETERS nous avons recherché une soluion générique permean de raier ou circui analogique pourvu qu il soi linéaire. Afin d exploier de façon efficace oue la richesse des mesures qu offren les circuis analogiques le premier problème qu il a fallu résoudre es de finir une modélisaion spéciale du circui sous es permean d exprimer les signaux à chaque nœud accessible. Il s agi de consruire un modèle d éa enrichi à sories muliples du circui sous es pour lequel le veceur de sorie conien ous les signaux inernes accessibles à la mesure. Le rôle de ce modèle es de fournir non seulemen l équaion du signal de sorie du ssème mais aussi les expressions analiques qui calculen la valeur du signal sur ou nœud inerne suscepible d êre uilisé comme variable d enrée pour le eseur en ligne. Ces informaions n éan malheureusemen pas disponibles dans les ouils -87-
classiques de modélisaion e de simulaion des circuis analogiques il a fallu développer un ouil de généraion auomaique des équaions d éa à parir du schéma du circui ou du nelis 70 correspondan. Une fois le modèle d éa enrichi généré la déerminaion de l équaion du résidu es analogue à celle que uilisée dans la hèse de Ahmad ABDELHAY pour les ssèmes linéaires digiaux. J ai assuré 40% d encadremen de cee hèse séjour de 12 mois du hésard au laboraoire TIMA e le Professeur Jochen A. G. JESS de Eindhoven Universi of Technolog a assuré l encadremen de la parie resane qui s es déroulée à Eindhoven. B Encadremen de DEA e Maser 2 Recherche Boualem HAMICHI Maser 2 Recherche EEATS en Micro e ano élecronique de l IPG-UJF Suje : Opimisaion du es des méhodes de es en ligne concurren 2004-2005 Ahcène BOUCEUR DEA Recherche Opéraionnelle Combinaoire e Opimisaion UJF Suje : réalisaion d un ouil CAO pour la validaion des echniques d'auoes des circuis microélecroniques mixes. 2002-2003 Abdelaif ZOUAI DEA Recherche Opéraionnelle Combinaoire e Opimisaion UJF Suje : Réalisaion d un ouil de simulaion de faues pour la CAO microélecronique. 2002-2003 Achraf DHAYI DEA Signal Image Parole de l IPG Suje : validaion de echniques d auoes de microssèmes par généraion de séquence binaire pseudoaléaoire e analse de la réponse impulsionnelle. 2002-2003 Manira Johanesa RAKOTOARISOA DEA Informaique Informaique opion ISC à l UJF 2001-2002 Suje : Ouils CAO pour le Tes En-Ligne 2001-2002 Bernard KAMSU FOGUEM DEA Recherche opéraionnelle 1999-2000 Suje : Compilaion de descripion comporemenale en vue du es en ligne 1999-2000 Armand CASTILLEJO DEA Microélecronique IPG 1996-1997. Suje : Mécanismes de défaillance des microssèmes 1997-1998 Chrisophe LE POITVI DEA Circuis Inégrés e Micro - Informaique de l Universié PARIS 6-7 10 mois de Sage Suje : Déecion e Idenificaion de Défaus 1996-1997 70 Descripion exuelle inermédiaire du circui -88-
C Encadremen de sages pédagogiques Tueur enseignan de sage fin d éudes ingénieur : en moenne 56 sages/ans depuis 1995 Tueur enseignan de sage de Maser 1: en moenne 27 sages /ans depuis 2003 Tueur enseignan de sage de 2 ième année d ingénieur : en moenne 38 sages/ans depuis 1995 Maîre de sage de proje fin d éudes ingénieur : 6 sages en ou Maîre de sage de sage de Maser 1 : en moenne 14 sages /ans depuis 2003 A3.4. Chercheur Invié par des laboraoires érangers o Compuer Ssem Deparmen of Jozef Sefan Insiue Universi of Ljubljana Slovenia Professeur Invié en décembre 1995 dans le cadre du programme de coopéraion PROTEUS : invié par l'équipe du Professeur F. ovac pour des présenaions e discussions sur le hème : Residual Genaraion Based On-Line Faul Deecion. ous avons animé plusieurs séminaires 12 heures en ou sur le hème de la généraion de résidu à base de modèles dnamiques pour le es en ligne des ssèmes analogiques inégrés. o Eindhoven Universi of Technolog Pas-Bas : Collaboraion avec l équipe du Professeur Jochen A. G. JESS sur le hème : Auomaic Generaion of Opimal Error Deecion for on line esing of Linear Analog Ssems. La hèse de Arno W. PETERS souenue le 30 sepembre 1999 à Eindhoven Universi of Technolog Pas-Bas es le résula de cee coopéraion A3.5 Adminisraion de recherche Membre d organisaions scienifiques Membre IEEE Membre de IEEE Reliabili Socie Membre de IEEE Compuer Socie Responsabiliés dans les comiés d organisaion de conférences inernaionales Local Chair de IFIP Inernaional Conférence on Ver Large Scale Inégraion SoC VLSI SoC 06 Cannes France Ocobre 2006 Posers Chair de IMTW 05 Inernaional Mixed Signal Tesing Worshop Cannes France June 27-29 2005 Secrear Chair de IOLTS 02 IEEE Inernaional On-Line Tesing Worshop : Isle of Bendor France 08-10/07/2002 Paricipaion aux comiés de programmes de conférences inernaionales Comié de programme de IEEE IOLTS Inernaional On-Line Tesing Smposium 2005 2004 2003. Comié de programme de IEEE IOLTW Inernaional On-Line Tesing Worshop 2002 2001 2000 1999. Membre du comié scienifique de CARI Conférence Africaine sur la Recherche en Informaique 2004-2005. Comié de programme de IFIP Inernaional Conférence on Ver Large Scale Inégraion SoC VLSI SoC 06 Cannes France Ocobre 2006 Présidence de session de conférences inernaionales Présiden de session à IOLTS 04 : Funchal Madeira Island Porugal 12-14/07/2004 Présiden de la Session 4 : «On-Line Tesing for Secure and Asnchronous Chips» IOLTS 05 : Sain- Raphael French Riviera France 06-08/07/2005 Présiden des sessions P1 P2 e P3 de IMTW 05 Inernaional Mixed Signal Tesing Worshop Cannes France June 27-29 2005. Comié de rédacion de revues inernaionales Membre permanan du comié de rédacion de la revue ARIMA Paricipaion à des comiés de lecure de conférences inernaionales Paricipaion régulière IEEE-VTS : VLSI Tes Smposium deux aricles par an en moenne IEEE-ITC : Inernaional Tes Conference deux aricles par an en moenne EDAC Design Auomaion and Tes in Europe un aricle par an en moenne -89-
IEEE-IOLTS : Inernaional On-Line Tesing Smposium cinq aricles par an en moenne IEEE-IMTW : Inernaional Mixed Signal Tesing Worshop un aricle ous les deux ans en moenne IEEE-ETS : European Tesing Smposium un aricle par an en moenne CARI : Conférence Africaine Sur la Recherche en Informaique quare aricles ous les deux ans en moenne Paricipaion à des comiés de lecure de revues inernaionales au moins une paricipaion en an que Reviewer Conrol Engineering Pracice Mecharonic Journal of Elecronic Tesing : Theor and Applicaions JETTA IEEE Transacions on Compuer Aided Design IEEE Transacions on Compuers ARIMA journal A3.6 Valorisaion de la recherche Transfer de echnologie vers les P.M.E. 1993- "Eude e réalisaion d'un ssème d'enraînemen e de rééducaion à la marche" Parenaire Indusriel : Sociéé IMPULSE 26700 Pierrelae. 1994- "Asservissemen de empéraure de sorie d'un échangeur hermique" Parenaire Indusriel : E.F.S. - Elecronique 69390 Miller. 1995- "Esimaion Prévisionnelle de Soc e de Temps d'aene de Véhicules sur les Plaes Formes de Péage d'auoroue" Parenaire Indusriel : Auoroues du Sud de France A.S.F 84270 Vedène Projes Européens e collaboraion indusrielle Au sein du groupe RMS du laboraoire TIMA je paricipe aux programmes de coopéraion mis en place avec les indusriels de semi-conduceurs ST Microelecronics Amel e Philips. Ces programmes visen l éude de echniques de es inégré de circuis mixes e RF d imageurs CMOS e de microssèmes RF respecivemen. Ces ravaux son développons dans le cadre de deux projes de recherche européens du programme MEDEA par financé par le Minisère de l Indusrie. Coopéraion avec ST Microelecronics Crolles Une coopéraion imporane avec ST Microelecronics Crolles exise dans le cadre du proje européen MEDEA+ 2A-702 anotes qui se déroule pendan la période 2005-2008. La paricipaion de nore groupe dans ce proje es mise en place par Salvador MIR en collaboraion avec Jean-Louis CARBOERO Philippe GARCI e Laroussi BOUZAIDA à ST Microelecronics. L objecif global du proje es de développer des echniques innovanes de es de producion des ssèmes SoC e SiP fabriqués avec les nouvelles echnologies permean la réducion des coûs de es l amélioraion de leur qualié e la réducion du emps nécessaire à l inroducion des disposiifs dans le marché. Les âches du proje son groupées en rois grands blocs qui incluen la echnologie la concepion en vue du es e les eseurs. Le parenaria du proje inclu les grands fabricans européens de semi-conduceurs ST Microelecronics en France Infineon Technologies en Auriche e en France Philips au Pas Bas e en France e AMIS en Belgique ; les PME dans le domaine de es Q-Sar en Belgique Tecmic au Porugal e Temeno en France ; e les insius de recherche IESC au Porugal e CEA-LETI LIRMM e TIMA en France. La collaboraion enre le groupe RMS de TIMA e ST Microelecronics vise le développemen de echniques de concepion en vue du es DFT de circuis mixes e RF ainsi que le développemen d ouils de CAT mixe. Le es des blocs analogiques mixes e RF qui son inégrés dans les SoCs es un défi imporan des ingénieurs de es. Coopéraion avec Philips Caen Dans le cadre du proje européen MEDEA+ 2A-702 anotes la collaboraion avec Philips Caen nous a éé proposé par Philippe CAUVET. Cee collaboraion à haueur d un homme-an/an au Laboraoire TIMA vise le es de MEMS RF pendan la période 2005-2008. Dans ce cadre mes invesigaions son orienées vers les -90-
echniques alernaives de es de MEMS embarqués dans des applicaions RF. L objecif principal es l uilisaion de ces echniques en vue d obenir des informaions sur la foncionnalié des disposiifs e sur leurs modes de défaillance. Les disposiifs considérés peuven inclure des inerrupeurs des filres élecromécaniques e des filres à ondes acousiques de surface SAW171 e de subsra BAW172 fabriqués par des echnologies SiP propres à Philips. Coopéraion avec Amel S. Egrève Dans le cadre du proje Européen MEDEA+ A-406 PICS une collaboraion es éablie enre avec Amel S. Egrève e le laboraoire TIMA dans la période allan de 2003 à 2006 deux âches son prises en charge par le Laboraoire TIMA : D abord le développemen de nouveaux pixels CMOS adapés aux applicaions du proje. Cee âche es développée par une aure équipe de TIMA CIS. Au sein du groupe RMS nous développons la deuxième âche à haueur d un homme-an/an correspondan au développemen de echniques de BIST des imageurs e leur élecronique de lecure associée. Le es de producion des imageurs nécessie l uilisaion de eseurs avec des sources de lumière calibrées afin de pouvoir les simuler. Une echnique de BIST srucurel qui uilise des simuli élecriques a éé proposée. Cee soluion perme ainsi d éliminer le besoin d uiliser des sources lumineuses ce qui enraînera une réducion du coû de es de producion car des eseurs numériques à bas coû pourron êre uilisés. En oure l inclusion d une elle echnique de BIST dans un imageur perme de signaler au ssème l exisence de pixels défaillans ce qui peu êre inéressan afin d évaluer la qualié des images produies e d appliquer des echniques de correcion. A3.7 Publicaions 6 aricles don 1 en première relecure e 1 soumis dans des revues inernaionales 44 aricles dans des conférences inernaionales avec comié de lecure Revues scienifiques inernaionales Lise des publicaions [1] L. RUFER S. MIR E. SIMEU and C. DOMIGUEZ. On-chip pseudorandom MEMS esing. Journal of Elecronic Tesing: Theor and Applicaions. Springer Science+Business Media Vol. 21 2005 pp. 233-241. [2] E. SIMEU A. ABDELHAY M.A AAL Robus self concurren es of linear digial ssems IEEE ATS s 10h Anniversar Compendium of bes Papers ovember 2001. Publicaion of IEEE Compuer Socie [3] E.SIMEU Opimal deecor design for on-line esing Inernaional VLSI Design Journal Special Issue on On-line Tesing Vol. 11 o.1 2000 [4] E. SIMEU D. GEORGES Modelling and Conrol of an Edd Curren Brae IFAC Journal of Conrol Eng. Pracice Vol. 4 o. 1 pp 19-26 1996. En cours d évaluaion [5] E. SIMEU Online Concurren Faul Deecion Mehods for Elecronic Embedded Ssems : soumis à IEEE Transacions on Journal Reliabili. [5] E. SIMEU S. MIR L. RUFER Applicaion of FDI Techniques for Online Tesing Embedded Microelecronic Ssems Soumis à ARIMA Journal a publicaion of CARI commiee. -91-
Conférences Inernaionales avec aces e comié de lecure [7] E. SIMEU S. MIR Parameer Idenificaion Based Diagnosis in Linear and on-linear Mixed-Signal Ssems 11 h IEEE Inernaional Mixed-Signal Tesing Worshop MSTW 05 11-15 June 2005 Cannes France [8] A. DHAYI S. MIR L. RUFER A. BOUCEUR E. SIMEU Effecs of on Lineariies on Pseudorandom On-Chip MEMS Tesing 11 h IEEE Inernaional Mixed-Signal Tesing Worshop MSTW 05 11-15 June 2005 Cannes France [9] E. SIMEU; L. RUFER; S. MIR; Online Tesing Embedded Ssems: Adaping Auomaic Conrol Techniques o Microelecronic Tesing 16h IFAC World Congress Prague Czech Republic from Jul 4 o Jul 8 2005. [10] A. BOUCEUR S. MIR E. SIMEU Opimizaion of Digiall Coded Tes Vecors for Mixed-Signal Componens 19h Conference on Design of Circuis and Inegraed Ssems Bordeaux France ovember 24-26 2004 [11] M. A.AAL E. SIMEU S.MIR. Comparaive sud of on-line esing mehods for AMS ssems: Applicaion o decimaion filers Inernaional Conference on Informaion and Communicaion Technologies: from Theor o Applicaions ICCTTA 04 Damascus Sria April 19-23 2004 [12] S. MIR G. PREAT L. ROLIDEZ E. SIMEU L. RUFER On-Chip Analogue Tesing Based on Σ Modulaion Invied Presenaion a Worshop on he Tesing of High Resoluion Mixed Signal Inerface Ajaccio France Ma 2004. [13] L. RUFER E. SIMEU S. MIR Buil-in self-es of linear ime invarian ssems using maximum-lengh sequences IEEE European Tes Worshop ETW 03 Maasrich The eherlands Ma 25-28 2003 [14] S. MIR L. RUFER E. SIMEU C.DOMIGUES MLS-based echnique for MEMS characerizaion 3rd Inernaional Worshop on Microfabricaed Ulrasonic Transducers MUT 03 Lausanne Swizerland June 26-27 2003 [15] L. RUFER S. MIR E. SIMEU C. DOMIGUES On-chip pseudorandom MEMS esing 9h Inernaional Mixed-Signal Tesing Worshop IMSTW 03 Sevilla Spain June 25-27 2003 [16] L. RUFER E. SIMEU S. MIR On-chip esing of linear ime invarian ssems using maximum lengh sequences IFAC Worshop on Programmable Devices and Ssems Osrava Czech Republic Februar 2003 [17] L. RUFER S. MIR S. E. SIMEU C. DOMIGUES On-chip esing of MEMS using pseudo-random es sequences Smposium on Design Tes Inegraion and Pacaging of MEMS/MOEMS DTIP'03 Cannes France Ma 5-7 SPIE 2003 [18] M. A. AAL E. SIMEU S. MIR On-line esable decimaion filer design for AMS ssems 9h IEEE Inernaional On-line Tesing Smposium Kos Island Greece Jul 7-9 2003 [19] M.A AAL M. RAKOTOAR E. SIMEU C. AKTOUF Using concurren and semi-concurren on-line esing during HLS: an adapable approach 8h IEEE Inernaional On-Line Tesing Worshop IOLTW'02 Bendor France Jul 8-10 2002. -92-
[20] A. ABDELHAY E. SIMEU M.A AAL I. SHAKO Robus Faul Deecion Scheme for Concurren Tesing of Linear Digial Ssems 6 ième Conférence Africaine sur la Recherche en Informaique CARI 02 Ocobre 2002 à Yaoundé Cameroun [21] E. SIMEU Déerminaion d un Modèle de Fiabilié par Ajusemen sur une Disribuion de Weibull Mixe Proceedings of Qualia 01 conference April 22-23 2001 Annec France [22] E. SIMEU A. ABDELHAY A robus faul deecion scheme for concurren esing of linear digial ssems 7 h IEEE Inernaional On-Line Tesing Worshop IOLTW 2001 Taormina Ial Jul 9-11 2001. [23] E. SIMEU A. ABDELHAY M.A AAL Robus self concurren es of linear digial ssems The Tenh Asian Tes Smposium ATS 01 Koo Japan ovember 19-21 2001. [24] A. ABDELHAY E. SIMEU Analical redundanc based approach for concurren faul deecion in linear digial ssems 6h IEEE On-Line Tesing Worshop Palma de Mallorca Spain 3-5 Jul 2000 [25] M.A. AAL E. SIMEU High level snhesis mehodolog for on-line esabili opimizaion 6h IEEE On-Line Tesing Worshop Palma de Mallorca Spain 3-5 Jul 2000 [27] E. SIMEU A. W. PETERS I. RAYAE Smbolic modeling for faul deecion and isolaion: applicaion o linear analog ssems 16h IMACS World Congress on Scienific Compuaion Modeling and Applied Mahemaics Lausanne Swizerland Augus 21-25 2000 [28] E.SIMEU A. W. PETERS Robus model-based concurren faul deecion applicaion o linear analog ssems 6 h IEEE Inernaional Mixed-Signal Tesing Worshop IMSTW 2000 Monpellier France June 21-23 2000 [29] E. SIMEU A. W. PETERS I. RAYAE Auomaic Design of Opimal Concurren Faul Deecor for Linear Analog Ssems 29h Inernaional Smposium on Faul-Toleran Compuing Madison Wisconsin USA June 15-18 1999. [30] E. SIMEU A. W. PETERS Exended Sae Modelling for Concurren Tesing of Linear Analog Ssems 5h IEEE Inernaional On-Line Tesing Worshop Jul 5-7 1999 Grecoel Rhodos Imperial Rhodes Greece. [31] E. SIMEU Residual Checing Mehod for Concurren Faul Deecion in Linear Analog Ssems 4h IEEE Inernaional On-Line Tesing Worshop Jul 6-7 1998 Capri -Ial. [32] E. SIMEU ARMAX Modelling for Faul Deecion and Idenificaion in onlinear Ssems: Applicaion o Microssems Tes and Diagnosis 15h IMACS World Congress on Scienific Compuaion Modelling and Applied Mahemaics Augus 24-29 1997 Berlin/German [33] E. SIMEU T. HERVE Model-Based Faul Deecion and Idenificaion in Linear and onlinear Ssems: Parameer Esimaion Mehods. IFAC/IFIP/IMACS Conference on Conrol of Indusrial Ssems Ma 20-22 1997 Belfor France. -93-
[34] E. SIMEU D. VEYCHARD J.-M. KARAM Déecion e Idenificaion de Défaus à Base de Modèles Dnamiques: Applicaion au Tes des Microssèmes 2 ième Congrès Pluridisciplinaire sur la Qualié e la Sûreé de Foncionnemen QSDF'97 20-21 Mars 1997 Angers France. [35] A. KAMGA E.SIMEU A Sraigh Line Pah Following Sraeg Applied o a Triccle Vehicle 3 rd IFAC Smposium on Inelligen Componens and Insrumens for Conrol Applicaions SICICA'97 June 9-11 1997 Annec France. [36] A. KAMGA E.SIMEU Dnamic Modelling of a Triccle Robo 5 h IEEE Medierranean Conference of Conrol and Auomaion 1997 [37] E. SIMEU D. GEORGES Speed Conrol wih an Edd Curren Brae Ssem Proceedings of IFAC Conference on Ssem Srucure and Conrol anes 1995. [39] E. SIMEU. BURCHIATI L. CREMILLIEUX B. RIOUX Commande Adapaive d un Ssème de Chauffage de Liquide Sensible Aces de la 2 ième Conférence Inernaionale sur l'auomaisaion Indusrielle du 7 au 9 Juin1995 à anc France. [40] E. SIMEU Polnomial modelling of Edd Curren Brae Ssem From Inpu/Oupu Daa Proceedings of 2 nd Inernaional Conference on Indusrial Auomaion June 7-9 1995 anc France. [41] E. SIMEU ARMAX Modelling and Idenificaion Pracice for onlinear Ssems: Applicaion an Brae Process". IEEE CCA 95 Conference on Conrol Applicaions Augus 1995 ew Yor USA. Edd Curren [42] D. GEORGES E. SIMEU Commande Opimale on linéaire de Ssème de Freinage à Couran de Foucaul Aces de la Conférence Médierranéenne sur l'elecronique e l Auomaisaion du 13 au 15 Sepembre1995 à Grenoble -France. [43] E. SIMEU Commande de Ssèmes par les Réseaux de Peri 2 ième Conférence Africaine sur la Recherche en Informaique CARI 95 Ouagadougou Burina Fasso 1995 [44] E. SIMEU A. PUISSOCHET J.L RAIARD A.M. TAGAG M. POISE A ew Tool for Random Tesabili Evaluaion Using Simulaion and Formal Proof 10 h IEEE VLSI Tes Smposium April 6-9 1992 Alanic Ci USA Aures conférences avec aces sans comié de lecure [45] A. BOUCEUR A. DHAYI S. MIR E. SIMEU L. RUFER. Généraion de veceurs de es pour les MEMS non linéaires pour le calcul des noaux de Volerra. Aces des 8ème Journées aionales du Réseau Docoral de Microélecronique Paris France Ma 2005 pp. 340-342 [46] A. DHAYI S. MIR L. RUFER A. BOUCEUR E. SIMEU. Auoes Inégré des Microssèmes onlinéaires. Aces des 8ème Journées aionales du Réseau Docoral de Microélecronique Paris France Ma 2005 pp. 256-258 -94-
[47] BOUCEUR A. MIR S. SIMEU E. Généraion e opimisaion de veceurs de es pour des composans analogiques e mixes Aces des 7ème Journées aionales du Réseau Docoral de Microélecronique Marseille France Ma 4-6 2004 pp. 198-200. [48] D. GEORGES E. SIMEU Les acionneurs Inelligens à Courans de Foucaul Aces des Journées d Eudes su le Ssèmes Embarqués du 4 au 5 Février 1999 à Valence -France. [49] A. M. AAL E. SIMEU Mesure de Tesabilié pour la Snhèse de Hau iveau Colloque CAO de circuis inégrés e ssèmes Aix-En-Provence France 10-12 Mai 1999. [50] A. ABDELHAY E. SIMEU Méhode de Tes en Ligne pour les Ssèmes Digiaux Linéaires Colloque CAO de circuis inégrés e ssèmes Aix-En-Provence France 10-12 Mai 1999. [51] E. SIMEU O. R. ABIB Conrôlabilié de Ssèmes Bilinéaires 2 ième Colloque Inernaionale sur les Applicaions de la Science Casablanca Maroc 6-7 Mars 1987. -95-
Tes e Surveillance Inégrés des Ssèmes Embarqués Ce documen es rédigé en vue de l'obenion d'un diplôme d habiliaion à diriger des recherches de l Universié Joseph Fourier de Grenoble. Il présene une snhèse de nos ravaux de recherche concernan esseniellemen le es hors ligne e la surveillance en foncionnemen des ssèmes embarqués. Ces ravaux son conduis au sein du laboraoire TIMA de Grenoble successivemen dans les équipes RIS Reliable Inegraed Ssems jusqu en 2002 e RMS Reliable Mixed Signal Ssems de 2002 à ce jour. Dans le chapire inroducif nous définissons les ssèmes embarqués e nous présenons les défis scienifiques e echniques qu induisen leur émergence e leur proliféraion rapides. Ensuie nous posons le problème du es hors ligne e de la surveillance en ligne de ces ssèmes. La fin du chapire siue nos aciviés dans la discipline du es des ssèmes inégrés e présene nos principaux axes de recherche. Dans le chapire 2 nous présenons nos ravaux concernan le es inégré de modules analogiques e mixes incorporés dans un environnemen numérique. La première parie du chapire es consacrée au développemen d ouils de concepion assisée par ordinaeur pour le es des ssèmes analogiques e mixes alors que la deuxième décri les echniques d inégraion de es à bas coû que nous avons développées pour les ssèmes analogiques e mixes. Le chapire 3 concerne les echniques de surveillance en ligne inégrée. Une descripion rapide du flo de snhèse auomaique de ssèmes inégrés nous perme de siuer nos ravaux par rappor aux processus modernes de concepion de circuis. Les méhodes de es en ligne non-concurren semi-concurren e concurren son ensuie exposées. ous expliquons les liens que paragen les echniques proposées avec d aures disciplines de recherche noammen les ravaux sur la déecion e l idenificaion de faues dans les ssèmes auomaisés. Le chapire 4 conclu le mémoire. ous indiquons aussi quelques perspecives possibles pour nos prochaines aciviés de recherche. Les pises qui se dégagen concernen aussi bien la poursuie des ravaux déjà engagés que des ravaux sur de nouvelles problémaiques. Off-Line and On-Line BIST for Embedded Ssems This repor presens a summar of our research aciviies focusing on off-line esing and on-line supervision of embedded ssems. Modern microelecronic manufacuring echnologies and sofware ools mae i feasible o inegrae a complex ssem ino a single chip SoC able o hold all he componens and funcions ha hisoricall required a hardware board. Embedded ssems made up of hardware and sofware generall conains a varie of inegraed devices including digial analogue and even radio-frequenc cores on he same chip. As hese ssems are gain sophisicaion manufacurers are using hem in increasingl criical applicaions ha can resul in injur economic loss or unaccepable inconvenience when he do no perform as required. This leads o new challenge for he es and for he real ime supervision capabiliies. The firs par of his manuscrip pus forward original BIST design mehodolog for analogue and mixed signal devices using embedded smar resources embedded microprocessors and memories. The second par inroduces differen approaches for online supervision and discusses heir applicabili o online esing o of embedded ICs including semiconcurren and concurren online esing sraegies. I is aracive o adap some of he resuls ha are abundanl available in auomaic conrol research o deal wih he problem of online faul deecion in elecronic embedded ssems. However onl some echniques are applicable o elecronic ssems because he design and implemenaion consrains are ver differen in boh research fields. Compared o oher nown FDI archiecures i is shown ha he model-based pari space approach is suiable for online esing of digial embedded ssems wih respec o elecronic design consrains and allows no onl for efficien faul coverage bu also for efficien implemenaion faciliies. ISB 2-84813-071-7 -96-
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